Институт Лауэ-Ланжевена (ILL) впервые наблюдал неравномерное движение ионов лития в твердотельных батареях

Репортаж от Wedoany，12 июля 2026 года Институт Лауэ-Ланжевена (ILL) во Франции с помощью нейтронной порошковой дифракции выявил явление неравномерного движения ионов лития внутри полностью твердотельных батарей, что предоставило новые ориентиры для разработки более безопасных и эффективных твердотельных аккумуляторов.

В традиционных перезаряжаемых батареях обычно используются жидкие электролиты, что создает риски для безопасности и ограничивает повышение производительности. Полностью твердотельные батареи заменяют жидкость твердым электролитом, стремясь к более высокой безопасности, большей энергетической плотности и лучшей работе в экстремальных температурных условиях. Однако ионы лития в твердых материалах часто распределяются неравномерно, что приводит к несоответствию скорости зарядки в разных участках батареи и влияет на ее надежную работу.

Исследовательская группа впервые применила нейтронную порошковую дифракцию в рабочих условиях для наблюдения за толстыми полностью твердотельными батареями в рабочем состоянии. В отличие от рентгеновских лучей, нейтроны напрямую взаимодействуют с атомными ядрами, обладают высокой чувствительностью к легким элементам, таким как литий, и способны проникать через толстые материалы батареи, обеспечивая неразрушающий мониторинг внутренней структуры. Для получения четкого сигнала команда создала элемент батареи толщиной около 2,5 мм, содержащий 140 мг активного катодного материала. Используя недавно синтезированный высокопроводящий смешанный галогенидный аргиродитовый твердый электролит, ионная проводимость которого в шесть раз выше, чем у традиционных материалов, удалось преодолеть проблему высокого внутреннего сопротивления, вызванного толстыми компонентами, что позволило успешно извлечь более половины лития из электролита батареи.

Результаты наблюдений выявили неожиданную структурную сложность внутри электрода. Даже при чрезвычайно низкой скорости зарядки поток лития был неравномерным: электрод разделился на две конкурирующие структурные фазы (обозначенные как H1 и H2), что привело к зарядке разных участков с разной скоростью. Однако когда команда повторила эксперимент при температуре 100°C, это хаотическое двухфазное поведение полностью исчезло. Тепло значительно повысило ионную проводимость материала, сгладило ток и заставило литий двигаться равномерно. В то же время каркас твердого электролита оставался стабильным на протяжении всего процесса без признаков деградации, что имеет положительное значение для долгосрочной жизнеспособности твердотельных батарей на основе сульфидов.

Это открытие предоставляет разработчикам батарей точные направления для регулировки производительности, показывая, что «транспортные заторы» внутри электрода можно устранить с помощью целенаправленного управления теплом и оптимизации проводимости. Соответствующее исследование опубликовано в журнале «Advanced Energy Materials».