Недавно международное совместное исследование, опубликованное в журнале Science, впервые непосредственно наблюдало процесс роста и механическое поведение металлических «шипов» — дендритов — внутри литий-ионных батарей. Эта работа, выполненная учеными из Технологического института Нью-Джерси, Университета Райса, Хьюстонского университета и Наньянского технологического университета (Сингапур), раскрывает глубинный механизм, по которому дендриты вызывают короткое замыкание в батареях, предоставляя ключевую теоретическую основу для повышения безопасности новых источников энергии.
Долгое время поведение дендритов было трудно наблюдать напрямую из-за их малых размеров и замкнутой среды роста. Син Лю, доцент Технологического института Нью-Джерси и соавтор исследования, отметил: «Эта работа отражает тесное сотрудничество экспериментальной и вычислительной механики». Исследовательская группа разработала специальную платформу для подготовки образцов и механического анализа, которая в строго изолированной от воздуха среде позволила с помощью высокоразрешающего электронного микроскопа в реальном времени зафиксировать деформацию дендритов. Цин Ай, бывший исследователь Университета Райса, заявил: «Несмотря на десятилетия исследований, фундаментальные наномеханические свойства литиевых дендритов до сих пор оставались загадкой».
Исследование показало, что традиционные представления о мягкости литиевых дендритов, подобных пластилину, не соответствуют действительности. Профессор Син Лю пояснил: «Наши наблюдения показывают, что они могут быть одновременно прочными и хрупкими, ломаясь скорее как сухие спагетти». Это связано с тем, что поверхность дендритов покрыта слоем твердого электролитного интерфейса (SEI), который делает их жесткими и ломкими. Такая хрупкость приводит к тому, что дендриты легко ломаются в процессе роста, образуя «мертвый литий», что приводит к потере емкости, или прокалывают сепаратор, вызывая внутреннее короткое замыкание. Команда профессора Янь Яо из Хьюстонского университета подтвердила это явление хрупкого разрушения как в жидких, так и в твердых электролитных системах.
Основываясь на этом открытии, исследователи предложили новые стратегии, такие как использование литий-сплавных анодов, для снижения риска хрупкого разрушения. Профессор Син Лю подвел итог: «Определенный нами механизм упрочнения добавляет новую ноту в „симфонию“ высокоэффективных материалов и систем хранения высокой энергии». Эти результаты не только проясняют физическую сущность механизма дендритов, но и указывают направление для разработки более безопасных и долговечных систем хранения энергии следующего поколения, что будет способствовать дальнейшему существенному прогрессу в технологиях безопасности новых источников энергии.
Детали публикации: Авторы: Цин Ай и др., Название: «Прочные и хрупкие литиевые дендриты», Опубликовано в: «Science» (2026). Информация о журнале: «Science»