Ученые продвинулись в усовершенствовании твердотельных батарей для электромобилей

Исследователи Массачусетского технологического института (MIT) совместно с коллегами из Мюнхенского технического университета нашли способ уменьшить одну из главных проблем твердотельных аккумуляторов — образование литиевых дендритов, разрушающих батарею изнутри. Результаты исследования могут приблизить появление серийных электромобилей с твердотельными аккумуляторами

Твердотельные аккумуляторы считаются одним из самых перспективных направлений развития электромобилей. Они должны обеспечить больший запас хода, более быструю зарядку и более высокий уровень безопасности по сравнению с традиционными литий-ионными батареями. При этом именно дендриты до сих пор остаются главным препятствием для их массового производства. Это микроскопические литиевые образования, которые постепенно прорастают сквозь электролит, повреждают внутреннюю структуру батареи и могут вызвать короткое замыкание

Исследователи выяснили, где возникает проблема

При изучении твердого электролита ученые обнаружили, что слабым местом являются границы между микроскопическими зернами материала. Именно в этих зонах накапливаются электроны, из-за чего движение ионов лития становится неравномерным. В результате создаются условия для роста дендритов, которые постепенно разрушают аккумулятор во время многократных циклов зарядки и разрядки

Для исследования команда использовала алгоритмы искусственного интеллекта и современные методы картографирования тока. Эксперименты проводили с электролитом на основе литий-лантан-цирконата. После изменения технологии спекания структуру материала удалось сделать более однородной, а движение ионов лития — более стабильным. Это значительно снизило вероятность образования дендритов в критических участках

Новый материал показал значительно лучшие результаты

Во время лабораторных испытаний плотность тока выросла на 300% по сравнению с обычными образцами. Это означает, что аккумулятор способен быстрее принимать и отдавать энергию без разрушения внутренней структуры. Кроме того, равномерное распределение тока потенциально увеличивает срок службы аккумулятора и снижает риск преждевременной потери емкости

Несмотря на перспективные результаты, технология пока находится на стадии лабораторных исследований. До начала серийного производства производителям еще предстоит снизить стоимость компонентов, отработать технологию массового выпуска и подтвердить долговечность новых материалов в реальных условиях эксплуатации

Над созданием твердотельных аккумуляторов сегодня работают ведущие автопроизводители и производители батарей. Именно эта технология считается одним из ключевых направлений развития электромобилей следующего поколения. Новое исследование MIT помогает лучше понять процессы внутри таких аккумуляторов и может ускорить их путь из лабораторий в серийные автомобили