Добавление серебра предотвращает растрескивание твердого электролита под давлением
Твердотельные литий-ионные аккумуляторы могут стать более безопасной альтернативой литий-ионным аккумуляторам с более быстрой зарядкой и более высокой плотностью энергии для хранения энергии следующего поколения.
В отличие от обычных аккумуляторов, в которых для разделения анода и катода и проведения ионов между ними используется жидкий электролит, в твердотельных литий-металлических аккумуляторах применяются твердые электролиты, такие как керамика и твердые полимеры.
Основной проблемой, препятствующей их применению, являются микроскопические трещины, которые образуются в твёрдом кристаллическом электролите и разрастаются до тех пор, пока аккумулятор не выходит из строя.
Новое исследование показало, что добавление нанометрового слоя серебра на твёрдый керамический электролит под названием LLZO может предотвратить образование микроскопических трещин и в пять раз увеличить механическое давление, необходимое для разрушения электролита.
«Твердые электролиты, над которыми работаем мы и другие ученые, представляют собой разновидность керамики, которая позволяет ионам лития легко перемещаться туда и обратно, но при этом является хрупкой», — говорит Венди Гу, доцент кафедры машиностроения Стэнфордского университета в США и старший автор исследования, представленного в Nature Materials.
«В невероятно малых масштабах это похоже на керамические тарелки или миски, которые есть у вас дома и на поверхности которых есть крошечные трещинки.
«Реальная твердотельная батарея состоит из слоёв катод-электролит-анод. Изготовить их без малейших дефектов было бы практически невозможно и очень дорого.
«Мы решили, что защитная поверхность будет выглядеть более реалистично, и, похоже, небольшое количество серебра справляется с этой задачей довольно хорошо».
Гу и её команда нанесли слой серебра толщиной 3 нм на поверхность LLZO — твёрдого электролита, названного так из-за содержания в нём лития, лантана, циркония и кислорода, — а затем нагрели образцы до 300 °C.
Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия показала, что ионы серебра диффундировали в поверхность электролита на глубину от 20 до 50 нм и замещали ионы лития меньшего размера.
«Наше исследование показывает, что добавление наночастиц серебра может кардинально изменить процесс возникновения и распространения трещин на поверхности электролита, создавая прочные, устойчивые к повреждениям твёрдые электролиты для технологий хранения энергии следующего поколения», — говорит ведущий автор исследования Синь Сюй, доцент инженерного факультета Университета штата Аризона, США.
«Этот метод можно применить к широкому классу керамических материалов. Он демонстрирует, что ультратонкие поверхностные покрытия могут сделать электролит менее хрупким и более стабильным в экстремальных электрохимических и механических условиях, таких как быстрая зарядка и высокое давление».
Источник:
Сюй, Х., Цуй, Т., МакКонохи, Г. и др. Гетерогенное легирование с помощью наноразмерного покрытия влияет на механизм проникновения лития в хрупкие твердые электролиты. Nat. Mater. (2026). https://doi.org/10.1038/s41563-025-02465-7
Больше на COSMOFACT
Подпишитесь, чтобы получать последние записи по электронной почте.
