Вчені Китайської академії наук повідомили про новий прорив, який може суттєво наблизити появу більш ємних, швидких і безпечних акумуляторів для електромобілів та іншої техніки.

Йдеться про твердотільну літій-металеву батарею з рекордними характеристиками: високою енергетичною щільністю, надшвидким заряджанням і стабільною роботою протягом сотень циклів. За словами дослідників, їм вдалося одночасно вирішити кілька проблем, які довгий час гальмували розвиток таких технологій.

Що вдалося створити вченим

Головна особливість нової розробки — вражаючі технічні показники, які суттєво перевищують можливості сучасних комерційних акумуляторів.

Ключові характеристики батареї:

• енергетична щільність — 451,5 Вт·год/кг;
• понад дворазове перевищення над літій-залізо-фосфатними батареями для електромобілів;
• стабільна робота протягом 700 циклів;
• збереження 81,9% ємності після випробувань;
• заряджання всього за 3 хвилини.

Фактично це означає, що батарея здатна накопичувати значно більше енергії при тих самих розмірах і водночас зберігати працездатність упродовж тривалого часу.

У чому полягає секрет технології

Твердотільні батареї відрізняються від звичних літій-іонних тим, що використовують не рідкий, а твердий електроліт. Він відповідає за перенесення іонів між електродами, що теоретично робить такі акумулятори безпечнішими та ефективнішими.

Водночас у таких систем є слабкі місця. Одне з них — нестабільність матеріалів, особливо під час використання стандартних пластифікаторів у полімерних електролітах на основі PVDF. Вони погано витримують електрохімічні навантаження і з часом погіршують роботу батареї.

Китайські дослідники запропонували рішення, яке вони назвали стратегією «сумісної пластифікації розчинником». Воно базується на кількох ключових підходах:

• введення розчинника для покращення сумісності компонентів;
• формування стабільного шару, збагаченого фторидом літію;
• фіксація пластифікаторів усередині полімерної структури;
• використання ацетону як тимчасового леткого розчинника, який випаровується під час формування плівки.

У результаті вдалося стабілізувати електроліт і підвищити його стійкість під час роботи під навантаженням.

Чому це важливо для електромобілів

Подібні розробки можуть суттєво вплинути на ринок електромобілів. Висока щільність енергії та швидке заряджання безпосередньо вирішують дві головні проблеми сучасних батарей — обмежений запас ходу та тривалий час поповнення енергії.

Якщо технологію вдасться успішно масштабувати, це може призвести до:

• збільшення запасу ходу електромобілів;
• скорочення часу заряджання до кількох хвилин;
• підвищення загальної енергоефективності транспорту.

Проблеми, які ще потрібно вирішити

Попри вражаючі результати, твердотільні акумулятори все ще далекі від масового впровадження. Однією з ключових проблем залишається утворення літієвих дендритів — металевих структур, які можуть виникати під час високих струмів.

Ці мікроскопічні утворення здатні спричиняти короткі замикання та пошкодження батареї, що робить задачу стабілізації особливо важливою.

Водночас дослідження в цій сфері активно тривають. Вчені вважають, що поступове вдосконалення матеріалів і архітектури акумуляторів дозволить наблизити їх до комерційного використання.