Твердотільні акумулятори досягли рекордної щільності понад 98% завдяки новій технології

Вчені зробили важливий крок до масового впровадження повністю твердотільних акумуляторів (All-Solid-State Batteries, ASSB), розробивши інноваційний метод виробництва електролітів із рекордною щільністю. Нова технологія дозволяє подолати ключові обмеження, що протягом десятиліть стримували розвиток цього напряму.

Повністю твердотілі акумулятори відрізняються тим, що замість рідких електролітів використовують тверді, негорючі матеріали. Це принципово підвищує рівень безпеки акумуляторів та практично виключає ризик загорянь та вибухів, характерних для класичних літій-іонних батарей.

За словами доктора Бека Син-Ука, провідного наукового співробітника Корейського інституту стандартів і науки (KRISS), досягнутий результат усуває давні проблеми, пов'язані з матеріалами та технологіями виробництва твердих електролітів, які залишалися невирішеними понад 20 років.

Негорючі тверді електроліти – ключ до безпеки

Сучасні літій-іонні акумулятори, що широко застосовуються в електромобілях і системах накопичення енергії, використовують рідкі електроліти, що займаються. При пошкодженні або перегріві такі батареї можуть стати джерелом серйозних пожеж, які дуже важко загасити. Нещодавні інциденти з загоряннями акумуляторів в електромобілях та дата-центрах лише підтвердили необхідність переходу до безпечніших технологій зберігання енергії.

У цьому контексті повністю твердотілі акумулятори розглядаються як перспективне рішення. Особливо великий інтерес викликають оксидні ASSB, які поєднують високу щільність енергії, хімічну стабільність та відсутність ризику виділення токсичних газів, характерних для сульфідних електролітів.

Виробництво високоефективних електролітних мембран

В основі оксидних твердотільних акумуляторів лежать тверді гранатні електроліти. Вони відрізняються високою іонною провідністю та стійкістю, проте їхнє виробництво потребує складного високотемпературного спікання при температурах понад 1000 °C. Це робить процес дорогим та технологічно складним.

Крім того, у традиційних методах виробництва для компенсації випаровування літію використовується велика кількість так званого «материнського порошку». В результаті на одну електролітну мембрану припадає в десятки разів більше відходів, що різко збільшує собівартість та гальмує комерціалізацію технології.

Проривна технологія з рекордною щільністю

Дослідницька група KRISS вирішила цю проблему, розробивши метод тонкого покриття частинок твердого електроліту багатофункціональними сполуками на основі літій-алюміній-оксиду (Li-Al-O). Таке покриття виконує відразу кілька завдань: заповнює втрати літію під час спікання, запобігає його випаровуванню та покращує зчеплення між частинками матеріалу.

В результаті вченим вдалося досягти рекордної щільності електролітних мембран – понад 98,2% – без використання дорогого материнського порошку. Отримані мембрани відрізняються високою механічною міцністю, відсутністю дефектів та більш ніж двократним зростанням іонної провідності порівняно з традиційними аналогами.

Розроблена технологія відкриває перспективи для локального виробництва високоефективних компонентів для акумуляторів нового покоління та значно наближає комерційне впровадження повністю твердотільних батарей в енергетиці та електротранспорті.