Традиционные литий-ионные аккумуляторы, используемые в устройствах от электромобилей до беспроводных наушников, полагаются на жидкий электролит, что делает их уязвимыми к перегреву и возгоранию. Чтобы преодолеть эти недостатки, исследователи из Университета Миссури под руководством доцента Маттиаса Янга разрабатывают твердотельные батареи с использованием твердых электролитов, которые должны быть более безопасными и энергоэффективными.
Однако одним из основных препятствий на пути создания таких батарей является межфазный слой, который образуется при контакте твердого электролита с катодом. Этот слой, имеющий толщину около 100 нанометров (в 1000 раз меньше толщины человеческого волоса), блокирует движение ионов лития и электронов, что значительно ухудшает производительность батареи. Ученые уже более десяти лет пытаются найти решение этой проблемы.
Революционное открытие команды Янга заключается в использовании четырехмерной сканирующей просвечивающей электронной микроскопии (4D STEM), которая позволяет исследовать атомную структуру батареи без ее разрушения. Это новое подход в научных исследованиях помогло ученым точно идентифицировать, что именно межфазный слой является причиной ухудшения работы батарей.
Для решения проблемы Янг и его команда сосредоточились на создании тонких пленок с помощью окислительного осаждения молекулярного слоя (oMLD). Эти пленки могут быть использованы для защитных покрытий, которые предотвратят нежелательные химические реакции между твердотельным электролитом и катодными материалами.
Ключевое требование к этим покрытиям — они должны быть достаточно тонкими, чтобы предотвратить реакцию, но при этом не блокировать движение литий-ионов, что позволяет сохранить высокие эксплуатационные характеристики батареи. Таким образом, ученые стремятся разработать материалы, которые будут работать в связке, не теряя в производительности.
Этот подход на наноуровне представляет собой важный шаг вперед в создании более безопасных и эффективных твердотельных батарей, что может существенно повлиять на развитие аккумуляторных технологий в будущем.
Твердые электролиты могут стать ключевым элементом в области энергоемких и безопасных источников питания, открывая новые перспективы для электромобилей, портативных устройств и даже в области возобновляемых источников энергии.
Источник: https://www.cta.ru/news/soel/181185.html
Больше интересного – на медиапортале https://www.cta.ru/