Създадоха трислоен твърдотелен електролит за автомобилните акумулаторни батерии

Южнокорейски изследователи създадоха трислоен твърд електролит за литиево-метални батерии, който увеличава йонната проводимост четирикратно и ефективно потиска растежа на вредните дендрити. Структурата, разработена по образец на адхезивните протеини на мидите, обещава да повиши безопасността и енергийната плътност на батериите, което е от решаващо значение за електромобилите, гъвкавата електроника и стационарните устройства за съхранение на енергия.

Литиево-металните батерии значително превъзхождат обикновените литиево-йонни по плътност на съхранение на енергията, което би могло да увеличи радикално пробега на електромобилите. Тяхното търговско приложение обаче се възпрепятства от проблема с дендритите, остри литиеви кристали, които израстват върху анода при цикличното зареждане. Ако дендритът прорасне през електролита, това предизвиква вътрешно късо съединение и може да доведе до възпламеняване и дори експлозия.

Решението на проблема

Екип от учени от Университета в Чоннам е решил този проблем с помощта на многослойна конструкция, пише IE. Техният електролит се състои от два меки външни слоя, осигуряващи плътен контакт с електродите и пътища за движение на литиевите йони, и твърд централен слой, армиран с керамични частици от оксид на литий-лантан-цирконий. Тези частици са покрити с полидофамин, синтетичен аналог на белтъка, с помощта на който мидите се закрепват към камъните под вода.

Тази биомиметична стратегия осигурява двоен ефект: покритите керамични частици създават взаимосвързани канали, по които литиевите йони се придвижват четири пъти по-бързо, отколкото в обикновените полимерни електролити. Същевременно гъвкавият полимерен материал повишава механичната якост и еластичността, като физически блокира растежа на дендритите. В резултат на това оптимизираният състав с 30% керамика показа йонна проводимост, почти четири пъти по-висока от тази на стандартния електролит, а делът на тока, пренасян именно от литиевите йони, достигна 0,81.

При тестовете с пълноразмерни клетки батерията запази над 80% от капацитета си след 1000 цикъла на зареждане и разреждане, а гъвкавият мек елемент продължи да захранва тестовия светодиод дори в сгънато състояние и след частично разрязване.

Според разработчиците технологията проправя пътя към създаването на по-безопасни акумулатори за електромобили с голям пробег, както и към надеждни източници на захранване за преносимата електроника и системите за дългосрочно съхранение на енергия в енергийните мрежи.