Вчені придумали, як робити легші та компактніші літієві батареї для гаджетів

Американські вчені зробили відкриття, яке дозволить зробити компактніші та надійніші літієві акумулятори. Сусідування опубліковано у журналі Joule, передає SciTechDaily.

Багато фізиків вважають, що батареї можна значно покращити, замінивши рідкий електроліт твердотілим і встановивши один електрод із металевого літію. Згідно з розрахунками, така технологія зменшить вагу та габарити в порівнянні з наявними моделями, а також запобігають небезпеці випадкового займання. Однак на поверхні літію утворюються відростки під назвою дендрити, які пробивають електроліт і викликають коротке замикання, з'єднуючи обидва електроди.

Співробітники Массачусетського технологічного інституту та Університету Брауна знайшли потенційне вирішення проблеми, яка заважає створити довговічні твердотільні акумулятори. Під час експериментів вони виявили ще один фактор утворення дендритів. Експерименти показали, що при зарядженні та розрядженні батареї переміщення іонів літію збільшує об'єм електродів, створюючи механічний тиск на електроліт. За наявності найменших дефектів на його поверхні утворюються тріщини, що відкривають дорогу літієвим відросткам.

Процес формування дендритів зазвичай відбувається глибоко всередині і не видно зовні, проте аспірант Коул Фінчер створив акумулятор із прозорим електролітом, що дозволяє спостерігати весь процес. Вчені навчилися самостійно керувати зростанням дендритів за допомогою тиску, змушуючи їх рухатись зигзагами в потрібному напрямку. Таким чином відростки можна побудувати паралельно електродам, не даючи торкатися їх.

Під час експериментів фізики змінювали тиск, згинаючи матеріал у вигляді балки із вантажем на кінці. Вони запевняють, що можуть вигадати безліч способів взаємодії з електролітом, викликаючи необхідні деформації.

Ще одне рішення полягає в тому, щоб "легувати" матеріал атомами, які проникають у нього, спотворюють форму та тримають у постійно напруженому стані. Це той самий метод, який використовується для виробництва надтвердого скла для смартфонів і планшетів. Достатньо невеликого тиску, щоб дендрити не могли пробити електроліт наскрізь, тому його нескладно відтворити на практиці.

Сформулювавши основні принципи явища, команда спробує використовувати їх створення робочого прототипу батареї. Вчені мають намір визначити, які виробничі процеси будуть потрібні для виробництва таких батарей у великих кількостях.

Нещодавно вчені навчилися робити з паперу батареї вдвічі краще, ніж у сучасних смартфонів. Команда із Сінгапуру запропонувала метод обробки побутових відходів, що дозволяє створювати чистий вуглець, що використовується для виробництва електродів.