Вчені просунулися в удосконаленні твердотільних батарей для електромобілів

Дослідники Массачусетського технологічного інституту (MIT) разом із колегами з Мюнхенського технічного університету знайшли спосіб зменшити одну з головних проблем твердотільних акумуляторів — утворення літієвих дендритів, які руйнують батарею зсередини. Результати дослідження можуть наблизити появу серійних електромобілів із перспективними джерелами живлення

Твердотільні акумулятори вважають одним із найперспективніших напрямів розвитку електромобілів. Вони мають забезпечити більший запас ходу, швидше заряджання та вищу безпеку порівняно зі звичайними літій-іонними батареями. Водночас саме дендрити досі залишаються головною перешкодою для їхнього масового виробництва. Це мікроскопічні літієві утворення, які поступово проростають крізь електроліт, пошкоджують внутрішню структуру батареї та можуть спричинити коротке замикання

Дослідники визначили, де саме виникає проблема

Під час вивчення твердого електроліту науковці з’ясували, що слабким місцем є межі між мікроскопічними зернами матеріалу. Саме в цих зонах накопичуються електрони, через що рух іонів літію стає нерівномірним. У результаті створюються умови для росту дендритів, які поступово руйнують акумулятор під час багаторазових циклів заряджання та розряджання

Для дослідження команда використала алгоритми штучного інтелекту та сучасні методи картографування струму. Експерименти проводили з електролітом на основі літій-лантан-цирконату. Після зміни технології спікання матеріалу його структуру вдалося зробити одноріднішою, а рух іонів літію — стабільнішим. Це значно зменшило ймовірність утворення дендритів у критичних ділянках

Оновлений матеріал показав значно кращі результати

Під час лабораторних випробувань густина струму зросла на 300% порівняно зі звичайними зразками. Це означає, що батарея може швидше приймати й віддавати енергію без руйнування внутрішньої структури. Крім того, рівномірний розподіл струму потенційно збільшує ресурс акумулятора та знижує ризик передчасної втрати ємності

Попри перспективні результати, технологія поки що перебуває на стадії лабораторних досліджень. До початку серійного виробництва виробникам ще потрібно знизити вартість компонентів, відпрацювати технологію масового випуску та підтвердити довговічність нових матеріалів у реальних умовах експлуатації

Над створенням твердотільних батарей сьогодні працюють провідні автовиробники та виробники акумуляторів, адже саме ця технологія вважається одним із ключових напрямів розвитку електромобілів наступного покоління. Нове дослідження MIT допомагає краще зрозуміти процеси всередині таких батарей і може пришвидшити їхній вихід із лабораторій до серійних автомобілів