Российские и китайские ученые совершили прорыв в создании аккумуляторов нового поколения, решив одну из ключевых проблем безопасности твердотельных батарей. Исследователи из научного центра «Идея», МГУ, Сианьского университета Цзяотун и университета «Дубна» разработали инновационную систему защиты, которая делает накопители энергии неуязвимыми для коротких замыканий и перегрева, говорится на сайте Десятилетия науки и технологий в России.
В основе новой технологии лежит комплексный подход, направленный на устранение главной слабости твердотельных электролитов — их разрушения при контакте с металлическим литием. Проблема заключалась в образовании дендритов — тончайших металлических «игл», которые прорастают сквозь керамику, подобно корням, и вызывают катастрофический сбой.
Решение ученых представляет собой двухуровневую систему защиты. Первый уровень — это тончайший функциональный слой, нанесенный методом электроформования. Он работает как «умный барьер»: блокирует паразитные химические реакции между анодом и электролитом, но при этом позволяет ионам лития свободно проходить сквозь себя, обеспечивая работу батареи.
Второй уровень — это модификация самой керамики. Исследователи применили оригинальный инженерный подход, смешав порошки с частицами разного размера. Это позволило создать сверхплотную, монолитную структуру без пор и микротрещин, по которым могли бы распространяться дефекты. Получившийся материал обладает высочайшей термической стабильностью.
Испытания показали исключительную эффективность разработки. Аккумуляторы с новой защитой продемонстрировали стабильную работу в течение более 1400 часов, что вдвое превышает показатели существующих аналогов. В ходе стресс-теста при экстремальной температуре 300 °C незащищенные образцы мгновенно разрушались, в то время как батареи с «броней» сохранили полную структурную целостность.
«Предложенная технология разработки твердотельной электролитной системы отличается не только эффективностью, но и масштабируемостью, что открывает путь к ее реальному практическому использованию», — отмечают авторы работы. По их словам, исследование закладывает фундамент для создания безопасных и долговечных аккумуляторов для электромобилей, беспилотников и портативной электроники нового поколения.
Ранее сибирские ученые создали материал с минимальным сроком разложения в почве. Подробности — в другом материале Hi-Tech Mail.