Ученые из Пекинского университета и Института технологии материалов и инженерии Нинбо (NIMTE) при Академии наук КНР смогли разработать основу полностью твердотельных литиевых батарей с высокой плотностью энергии – эластичные композитные электролиты. Об этом сообщает портал Eurekalert. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
«Плотность энергии полностью твердотельных литиевых батарей на уровне ячейки сильно зависит от толщины электролитических материалов, а тонкие пленки неорганических твердых электролитов обычно имеют толстую и жесткую природу», – пояснил Сяин Яо, профессор NIMTE и один из ведущих авторов нового исследования.
По его словам, новые композитные электролиты на основе полимера и керамических элементов из минерала граната могут существенно решить вышеупомянутые проблемы. Подобные решения ранее уже применялись, поскольку сочетают в себе преимущества гибкости полимерного компонента и превосходную электрохимическую стабильность, механическую прочность и термостойкость неорганических электролитов.
«Однако из-за низкой прочности полимерного компонента твердый электролит на основе полимера в керамике из минерала граната обычно демонстрирует хрупкое разрушение за счет уменьшения их толщины при высоком содержании неорганических веществ. Кроме того, традиционные полимерно-керамические твердые электролиты на основе граната часто получают методом литья суспензий, который включает испарение массивных вредных растворителей и, как правило, подвергается осаждению агломерированных неорганических частиц в процессе приготовления», – отметил Яо.
Теперь он и его исследовательская группа разработали гибкий твердый электролит на основе структуры Li6,4La3Zr1,4Ta0,6O12 (LLZTO) с содержанием LLZTO 90% с помощью техпроцесса без применения растворителя. Полученная пленка на основе LLZTO толщиной 20 мкм продемонстрировала в тестах сверхвысокую ионную проводимость 41,21 мСм (миллисименс) при 30 °C, превосходные устойчивость к окислению и термическую стабильность, а также негорючесть.
Более того, симметричная литий-ионная аккумуляторная ячейка с LLZTO показала, что может стабильно циклировать более 2000 часов при низком перенапряжении и при температуре внешней среды в 60 °C.
«Подтверждена возможность использования пленки на основе LLZTO в полностью твердотельном литий-металлическом аккумуляторе. Собранный пакетный элемент Li||LiFePO 4 со встроенным интерфейсом электролит/катод демонстрирует превосходные характеристики по скорости и циклам с сохранением емкости 71,4%», – дополнил Яо, и заключил, что представленная ультратонкая пленка на основе LLZTO имеет большой потенциал для практического применения в полностью твердотельных литиевых батареях, что сделает их намного более безопасными.