В последние годы ученые исследуют способы реализации огромного потенциала литий-металлических батарей, при этом особое внимание уделяется применению твердых электролитов. Теоретически, замена жидкого электролита твердым позволяет создавать перезаряжаемые литий-металлические батареи, которые безопаснее, имеют более высокую плотность энергии и быстрее заряжаются. Однако твердые кристаллические электролиты в процессе использования склонны к образованию микротрещин, что приводит к выходу батарей из строя и является ключевой проблемой, сдерживающей их развитие.
Исследователи Стэнфордского университета на основе своих работ 2023 года раскрыли механизмы образования и распространения таких дефектов на поверхности твердого электролита, как микротрещины и вмятины, и предложили метод значительного улучшения его характеристик с помощью отжига с использованием сверхтонкого серебряного покрытия. Согласно публикации в журнале Nature Materials, такое покрытие может увеличить устойчивость поверхности электролита к механическому разрушению под давлением в пять раз и значительно снизить риск проникновения ионов лития внутрь. Особенно в процессе быстрой зарядки оно эффективно предотвращает превращение нанотрещин в нанощели, тем самым продлевая срок службы батареи.
«Исследуемый нами твердый электролит — это керамика, которая легко пропускает ионы лития, но сама по себе хрупкая», — говорит доцент кафедры машиностроения Венди Гу. — «Наноразмерное легирование серебром позволяет изменить способ зарождения и распространения трещин на поверхности электролита, что позволяет создавать прочные, устойчивые к отказам твердые электролиты». Профессор Синь Сюй, руководивший исследованием, отметил, что этот метод может быть распространен на широкий класс керамических материалов, что указывает на то, что ультратонкие поверхностные покрытия могут снизить хрупкость электролитов и сделать их более стабильными в экстремальных условиях.
В настоящее время исследовательская группа уже подтвердила эффективность технологии серебряного покрытия на небольших образцах. В будущем планируется изучить потенциал ее применения в батареях большего размера, а также совместимость с другими компонентами батарей. Кроме того, ученые также изучают, как предотвратить выход из строя других типов твердых электролитов, например, на основе серы, и рассматривают возможность применения этого открытия в натрий-ионных батареях, чтобы смягчить ограничения цепочки поставок для литиевых батарей.
Подробнее: Название статьи: «Влияние гетеролегирования нанометровым покрытием на механические свойства внедрения ионов лития в хрупких твердых электролитах», опубликовано в: Nature Materials (2026). Информация о журнале: Nature Materials
