Ученые нашли способ сделать литиевые батареи мощнее и безопаснее. Все дело в твердых электролитах — материалах, которые позволяют ионам перемещаться внутри батареи и создавать заряд.

Группа исследователей из Университета Техаса обнаружила: если смешать два разных твердых электролита, на их границе образуется так называемый «слой пространственного заряда» — зона, где скапливаются электрически заряженные частицы. Это открытие может ускорить разработку твердотельных батарей для смартфонов, электромобилей и другой техники.

Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Energy Letters.

Как это работает

Когда два разных твердых электролита соприкасаются, между ними возникает прослойка, где ионы накапливаются из-за разницы в химических свойствах материалов. Доктор Лайсуо Су, один из авторов исследования, объясняет:

Представьте, что вы смешали два ингредиента и получили эффект, который превзошел оба по отдельности. Эта прослойка создает «дорожки», по которым ионы двигаются быстрее.

Сейчас большинство литиевых батарей используют жидкие электролиты — они горючие и небезопасны. Твердотельные батареи могут хранить в два раза больше энергии и не воспламеняются. Проблема в том, что ионы хуже перемещаются через твердые материалы.

Но теперь ученые выяснили: если смешать соединения литий-цирконий хлорид и литий-иттрий хлорид, проводимость улучшается.

Теперь исследователи планируют изучить, как состав и структура границы между материалами влияют на проводимость. Работа ведется в рамках проекта BEACONS, который финансируется Пентагоном для разработки новых батарей и подготовки специалистов.

Это открытие может снизить стоимость твердотельных батарей, потому что:

• Упрощает подбор материалов — не нужны идеально совместимые электролиты.
• Повышает энергоемкость без увеличения риска возгорания.
• Ускоряет зарядку за счет лучшей ионной проводимости.

Для электромобилей это особенно важно: больше запас хода, меньше вес и опасность перегрева.

Слабые места:

• Пока исследование проводилось в лаборатории — как поведет себя технология в реальных условиях, неизвестно.
• Нет данных о долговечности таких батарей: возможно, со временем границы между электролитами деградируют.
• Литий-иттрий хлорид — дорогой материал, что может ограничить массовое применение.

Ранее ученые открыли перспективный твердый электролит из наночастиц.