Група дослідників з Центру енергетики та навколишнього середовища імені Андлінгера розробила новий тип твердотільних акумуляторів, який може значно перевершити літій-іонні батареї за щільністю енергії та ефективністю. Їхній прорив — безанодна твердотільна батарея, яка усуває одне з головних обмежень традиційних акумуляторів і може зробити революцію в зберіганні енергії.
Сучасні літій-іонні акумулятори використовують рідкий електроліт, що забезпечує іонний потік між катодом і анодом. Твердотільні батареї, як випливає з назви, використовують твердий електроліт, що робить їх більш компактними, безпечними та довговічними. Ключові переваги твердотільних батарей: вища щільність енергії — вони можуть забезпечити більший запас енергії на одиницю об’єму, триваліший термін служби — менша деградація матеріалів у процесі роботи. Безпечність — відсутність займистих рідких електролітів зменшує ризик загоряння. Ширший температурний діапазон роботи — вони можуть ефективно функціонувати як у холодних, так і в жарких умовах.
Найбільша інновація, запропонована дослідниками, — це усунення анода. У традиційних батареях анод є ключовим компонентом, де накопичуються іони під час зарядки. У безанодній батареї іони напряму осідають на струмознімачі, утворюючи тонкий шар металу. Це має кілька переваг: менша вага і розмір — видалення анода робить батарею компактнішою, дешевше виробництво — не потрібно використовувати дорогі матеріали для анода. Покращена енергоефективність — менше перешкод на шляху руху іонів. Однією з найбільших перешкод для впровадження твердотільних батарей є забезпечення стабільного контакту між твердим електролітом і струмознімачем. Якщо контакт буде занадто слабким або надто сильним, це може призвести до виходу батареї з ладу. Дослідники виявили, що нанопокриття між електролітом і струмознімачем може покращити перенесення іонів та забезпечити рівномірне осадження металу. Випробування показали, що найкраще для цього підходять наночастинки срібла і вуглецю. Найефективніші результати досягалися при використанні 50-нанометрових частинок срібла, які дозволяли створювати рівномірні металеві структури. Попри значний прогрес, дослідники визнають, що ще потрібно вирішити кілька технічних проблем, перш ніж такі батареї стануть комерційно доступними. Виробничі процеси мають бути адаптовані для масового випуску, а контакт між матеріалами потрібно покращити для стабільної роботи в реальних умовах. “Завдання полягає в тому, щоб усього за кілька років перейти від досліджень до реального застосування”, — зазначає професорка Келсі Гатцелл.
Якщо вчені досягнуть успіху, ми можемо отримати нове покоління батарей, які дозволять електромобілям проїжджати понад 800 км на одному заряді, а мобільним пристроям працювати в кілька разів довше без підзарядки.
