Твърдотелните батерии представляват една от най-обещаващите технологии за съхранение на енергия, способни да осигурят на смартфоните дни работа без презареждане, а на електромобилите – значително по-голям пробег. Подобряването на техния капацитет, експлоатационен срок и безопасност е от решаващо значение за бъдещето на електрификацията и преносимите устройства.
Въпреки големия потенциал, комерсиалното внедряване на твърдотелните батерии е възпрепятствано от упорит проблем. По време на зареждане върху литиевия анод се образуват миниатюрни структури, наречени дендрити, които пробиват твърдия електролит и предизвикват вътрешно късо съединение. Дълго време изследователите бяха озадачени как меките литиеви дендрити успяват да пробият твърдия керамичен електролит.
Интердисциплинарен екип от Института за устойчиви материали „Макс Планк“ успя да определи с висока точност как тези дендрити предизвикват пукнатини, водещи до отказ на батерията. За да установят верния механизъм, учените използваха иновативна комбинация от методи за подготовка на проби и характеризиране на материали, като всяка стъпка се извършваше във вакуум и при криогенни температури.
Изследването изключи хипотезата за натрупване на литий пред върха на дендрита и потвърди, че хидростатичното напрежение в дендрита води до крехко разрушаване на твърдия електролит. Мекият метален литий прониква в твърдата керамика, подобно на непрекъсната водна струя, която пробива скала. Тези заключения бяха допълнително потвърдени чрез фазово-полево моделиране и измервания на дифракцията на обратно разсеяни електрони.
С по-доброто разбиране за механизма на разрушаване, екипът вече проучва начини за спиране или забавяне на този процес. Възможните решения включват повишаване на якостта на твърдия електролит, въвеждане на микроскопични кухини за пренасочване на растежа на дендритите или нанасяне на защитни покрития върху литиевите електроди.
Тази работа подчертава важността на разбирането на поведението на материалите на микроскопично ниво. Получените знания могат да помогнат за превръщането на твърдотелните батерии от обещаваща концепция в практична технология за бъдещите смартфони, електромобили и други електронни устройства.
По информация на Kaldata.
