Ученые увеличили плотность энергии батарей в 2 раза при помощи тонкой пленки

Исследователи из Национальной лаборатории Оук-Ридж (ORNL) использовала гибкие и прочные листы электролитов, чтобы повысить эффективность твердотельных аккумуляторов и наладить их массовое производство, пишет interestingengineering.com.

По словам исследователей, разделение положительных и отрицательных электродов обеспечит высокопроводящие пути для потока ионов и предотвратит короткие замыкания.

Новая разработка улучшила более раннюю инновацию ORNL, изменив полимерные компоненты для лучшей работы с твердотельными сульфидными электролитами.

Проводимость пластикового полимера, используемого в современных твердотельных электролитах, которые проводят ионы, существенно ниже по сравнению с жидкими электролитами. Жидкие электролиты иногда добавляют в полимерные электролиты для повышения производительности. Сульфидный твердотельный электролит обладает ионной проводимостью и позволяет литию перемещаться вперед и назад во время процесса заряда/разряда.

Исследователи обнаружили, что молекулярная масса полимерных связующих играет ключевую роль в долговечности твердотельных электролитных пленок. Пленки с низкомолекулярными связующими с более короткими полимерными цепями с трудом удерживают контакт с электролитным материалом из-за недостаточной прочности. А высокомолекулярные связующие с более длинными полимерными цепями обеспечивают большую структурную стабильность. Более того, пленки с длинноцепочечными связующими требуют меньше материала для достижения эффективной ионной проводимости.

Ученые пытались уменьшить количество используемого полимерного связующего, поскольку оно не проводит ионы. Основная роль связующего заключается в удержании частиц электролита внутри пленки. Хотя увеличение количества связующего может улучшить качество пленки, оно также снижает ионную проводимость. С другой стороны, использование меньшего количества связующего улучшает ионную проводимость, но отрицательно влияет на качество пленки.

Для детального анализа использовались сканирующая электронная микроскопия, энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия и наноиндентирование, а измерения синхротронного излучения выявили морфологию частиц. Передовые методы были необходимы для изучения сложных деталей листа сульфидного твердотельного электролита, что позволило исследователям улучшить ионную проводимость и стабильность электролита.

Разработчики планируют создать устройство, способное интегрировать тонкую пленку в отрицательные и положительные электроды следующего поколения, что позволит им проверить ее производительность в реальных условиях работы батареи. Затем они будут сотрудничать с исследователями из промышленности, академических кругов и правительства для дальнейшей разработки и тестирования тонкой пленки в различных устройствах.

Ранее мы писали, что органическая батарея на основе нафталина выдержала 850 циклов, сохранив 99,95% емкости. В ходе испытаний проточная батарея "из нафталина" при использовании с электролитом 1,5 моль/л продемонстрировала стабильную производительность в течение 40 дней.