Прочность твердого электролита для батарей удвоили

Wiley-VCH/IEEE Spectrum

Команда исследователей из Брауновского университета нашла способ удвоить прочность керамического материала, используемого для изготовления твердотельного электролита литий-ионных батарей. Стратегия, описанная в журнале Matter, может быть полезной для вывода твердотельных аккумуляторов на массовый рынок.

«Существует огромный интерес в замене жидких электролитов в батареях керамическими материалами, так как они безопаснее и показывают более высокую плотность хранения энергии, — говорит ведущий автор исследования, постдок Брауновского университета Кристос Афанасиу. — До сих пор исследования твердых электролитов были сосредоточены на оптимизации их химических свойств. В этой работе мы фокусируемся на механических свойствах в надежде сделать их более безопасными и практичными для широкого использования».

Электролит — это среда, разделяющая анод и катод, через которую протекают ионы лития во время зарядки или разрядки. Жидкие электролиты работают довольно хорошо, но у них есть некоторые проблемы. При больших токах внутри электролитов могут образовываться нити металлического лития, которые вызывают короткое замыкание. А поскольку жидкие электролиты также сильно воспламеняются, образование таких нитей может привести к пожарам.

Твердые керамические электролиты не воспламеняются, и есть доказательства того, что они могут предотвратить образование литиевых нитей. Это может позволить батареям работать при более высоких токах. Однако керамические материалы достаточно хрупкие. Они могут разрушаться в процессе производства и во время эксплуатации.

В новом исследовании авторы решили проверить, может ли введение оксида графена в керамику увеличить его вязкость разрушения, сохранив при этом электронные свойства для использования в качестве электролита. Для этого исследователи изготавливали крошечные пластины из оксида графена, смешивали их с порошком литий-алюминий-титан фосфата, а затем нагревали смесь до образования композита.

Механические испытания композита показали, что его вязкость разрушения более чем в два раза превосходит аналогичный показатель электролита без оксида графена. Такой эффект объясняется тем, что при образовании трещины графеновые пластины сдерживают ее, не давая пройти дальше. Эксперименты также показали, что графен не влияет на электрические свойства материала. Однако при этом важно добавить правильно количество оксида графена. Слишком малое количество этого материала не позволило бы достичь эффекта закалки. Слишком большое привело бы к нежелательной высокой электропроводности.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.