Твердотельные аккумуляторы достигли рекордной плотности более 98% благодаря новой технологии

Ученые сделали важный шаг к массовому внедрению полностью твердотельных аккумуляторов (All-Solid-State Batteries, ASSB), разработав инновационный метод производства электролитов с рекордной плотностью. Новая технология позволяет преодолеть ключевые ограничения, которые на протяжении десятилетий сдерживали развитие этого направления.

Полностью твердотельные аккумуляторы отличаются тем, что вместо жидких электролитов используют твердые, негорючие материалы. Это принципиально повышает уровень безопасности аккумуляторов и практически исключает риск возгораний и взрывов, характерных для классических литий-ионных батарей.

По словам доктора Бэка Сын-Ука, ведущего научного сотрудника Корейского института стандартов и науки (KRISS), достигнутый результат устраняет давние проблемы, связанные с материалами и технологиями производства гранатных твердых электролитов, которые оставались нерешенными более 20 лет.

Негорючие твердые электролиты — ключ к безопасности

Современные литий-ионные аккумуляторы, широко применяемые в электромобилях и системах накопления энергии, используют воспламеняющиеся жидкие электролиты. При повреждениях или перегреве такие батареи могут стать источником серьезных пожаров, которые крайне сложно потушить. Недавние инциденты с возгораниями аккумуляторов в электромобилях и дата-центрах лишь подтвердили необходимость перехода к более безопасным технологиям хранения энергии.

В этом контексте полностью твердотельные аккумуляторы рассматриваются как перспективное решение. Особенно большой интерес вызывают оксидные ASSB, которые сочетают высокую плотность энергии, химическую стабильность и отсутствие риска выделения токсичных газов, характерных для сульфидных электролитов.

Производство высокоэффективных электролитных мембран

В основе оксидных твердотельных аккумуляторов лежат гранатные твердые электролиты. Они отличаются высокой ионной проводимостью и устойчивостью, однако их производство требует сложного высокотемпературного спекания при температурах свыше 1000 °C. Это делает процесс дорогим и технологически сложным.

Кроме того, в традиционных методах производства для компенсации испарения лития используется большое количество так называемого «материнского порошка». В результате на одну электролитную мембрану приходится в десятки раз больше отходов, что резко увеличивает себестоимость и тормозит коммерциализацию технологии.

Прорывная технология с рекордной плотностью

Исследовательская группа KRISS решила эту проблему, разработав метод тонкого покрытия частиц твердого электролита многофункциональными соединениями на основе литий–алюминий–оксида (Li–Al–O). Такое покрытие выполняет сразу несколько задач: восполняет потери лития при спекании, предотвращает его испарение и улучшает сцепление между частицами материала.

В результате ученым удалось достичь рекордной плотности электролитных мембран — более 98,2% — без использования дорогостоящего материнского порошка. Полученные мембраны отличаются высокой механической прочностью, отсутствием дефектов и более чем двукратным ростом ионной проводимости по сравнению с традиционными аналогами.

Разработанная технология открывает перспективы для локального производства высокоэффективных компонентов для аккумуляторов нового поколения и значительно приближает коммерческое внедрение полностью твердотельных батарей в энергетике и электротранспорте.