Обычные литий-ионные аккумуляторы в настоящее время часто достигают своего технического предела. Твердотельные батареи, с другой стороны, перспективны, но зачастую еще не готовы к выходу на рынок. Поэтому японские исследователи попытались объединить лучшее из этих двух технологий.
Им это удалось, как они объясняют в научной статье в журнале Journal of Energy Storage. Ученые из Университета Досися совместно с корпорацией TDK разработали так называемые квазитвердотельные батареи.
Это гибридная форма, в которой используются как жидкие, так и твердые электролиты. Это означает, что квазитвердотельные батареи невоспламеняемы и в то же время обладают высокой плотностью энергии и долговечностью.
«Разработанная нами негорючая квазитвердотельная батарея, сочетающая в себе жидкий и твердый электролит, представляет собой более безопасную и долговечную альтернативу чисто твердотельным батареям с высокой плотностью энергии», — заявил ведущий исследователь Риосукэ Кидо в пресс-релизе.
Квазитвердотельная батарея японского университета Досися. Фото: Университет Досися Отрицательный электрод (катод) новой батареи изготовлен из кремния (Si). Положительный электрод (анод) состоит из материала, изготовленного из оксидов лития, никеля, марганца, кобальта (NCM811). Электроды разделены керамическим сепаратором.
На аноде и катоде размещены специальные материалы, не поддерживающие горение и соответствующие составу электродов. В ходе тестовых экспериментов квазитвердотельные батареи продемонстрировали превосходную ионную проводимость, термическую стабильность и электрохимические характеристики.
Помимо квазитвердотельных аккумуляторов существуют также полутвердотельные аккумуляторы. В полутвердотельных аккумуляторах используются твердые электролитные материалы, смешанные с уменьшенным количеством жидкого электролита.
Полностью твердотельные батареи, в которых электролит состоит исключительно из твердых веществ, имеют то преимущество, что они могут достигать более высокой плотности энергии. Твердый электролит не может вытечь, что значительно снижает риск возникновения воспламенения.
Еще одной проблемой твердотельных аккумуляторов является их короткий срок службы. Из-за химических реакций между твердым электролитом и электродами во время заряда и разряда относительно быстро происходит потеря контакта между частицами и образование так называемых дендритов.
Дендриты, которые могут вызвать короткое замыкание батареи. Фото: Nobelprize.org Это растущие литиевые волокна между электродами. Если растущие дендриты прокалывают сепаратор, разделяющий электроды, происходит короткое замыкание.
Обычные литий-ионные аккумуляторы несут в себе риск возгорания в случае аварии, что приводит к так называемому тепловому разгону. Кроме того, они зачастую уже достигают своих пределов с точки зрения плотности энергии и мощности зарядки.
