Китайски учени с пробив в твърдотелните батерии: Самоадаптивен слой удвоява енергийната плътност
Китайски учени от Академията на науките и Университета „Хуаджун“ постигнаха пробив в твърдотелните литиеви батерии (ASSB), които се считат за ключова технология на бъдещето. Те разработиха самоадаптивен междинен слой, използващ йодидни йони, който автоматично поддържа стабилен контакт и запълва микропукнатини. Прототипите показват потенциал за енергийна плътност над 500 Wh/kg, което е двойно повече от сегашните стандарти.
Снимка: КМГ Снимка: Китайска медийна група
Твърдотелните литиеви батерии (All-solid-state lithium batteries, ASSB) се утвърждават като ключова технология за енергийното бъдеще. Те обещават значително по-висока енергийна плътност, по-дълъг живот и по-голяма безопасност в сравнение с традиционните литиево-йонни акумулатори.
Въпреки огромния потенциал, пред ASSB стои сериозно предизвикателство: поддържането на стабилен и надежден контакт между твърдия електролит и литиевия електрод. Този проблем често води до деградация на производителността.
Екип от Китайската академия на науките (Нинбо) и Университета по наука и технологии „Хуаджун“ обяви, че е разработил иновативно решение. Учените създадоха самоадаптивен междинен слой, който автоматично поддържа стабилен контакт, елиминирайки нуждата от прилагане на външно налягане.
Механизъм на самовъзстановяване
Иновацията се крие в добавянето на йодидни йони в сулфиден твърд електролит. По време на работа на батерията, тези йони мигрират и формират богат на йод интерфейс. Този нов интерфейс има ключова функция – той запълва възникващите микропукнатини и на практика действа като самовъзстановяващ се защитен слой.
Този подход не само решава проблема със стабилността на интерфейса, но и позволява постигането на впечатляващи резултати. Прототипите, създадени от китайския екип, демонстрират стабилна работа след стотици цикли на зареждане и разреждане.
Двойно по-голяма мощност
Едно от най-значимите постижения е потенциалната енергийна плътност на новите батерии. Изследванията показват възможност за постигане на плътност над 500 Wh/kg. Ако тази стойност бъде постигната в комерсиални продукти, тя ще представлява двойно повече енергия спрямо сегашните индустриални стандарти при традиционните литиево-йонни батерии.
Подобен напредък е критичен за индустрии като електромобилостроенето, роботиката и авиацията, където се изисква висока мощност и максимална безопасност. Тъй като твърдотелните батерии използват твърди електролити, те също така ефективно предотвратяват образуването на литиеви дендрити, които са основна причина за късо съединение и потенциално запалване при конвенционалните батерии.
Общ поглед върху глобалните разработки
Световната надпревара за усъвършенстване на твърдотелните батерии е интензивна. Последните разработки включват структури, които позволяват до 10 000 цикъла на зареждане-разреждане и бързо зареждане за 3 минути. Тези постижения подчертават, че целите, поставени от институции като Министерството на енергетиката на САЩ за 2030 г. (намаляване на разходите и увеличаване на енергийната плътност), са постижими само с преминаване към тази новаторска технология.
Въпреки обещанията обаче, твърдотелните батерии все още са значително по-скъпи за производство в сравнение с традиционните литиево-йонни решения, което възпрепятства тяхното масово въвеждане на пазара. Някои експерти смятат, че хибридните решения, комбиниращи твърд и течен електролит, могат да предложат по-добра производителност и сигурност в близко бъдеще, докато чистите твърдотелни батерии продължават своето усъвършенстване.
Без значение от конкретния път, разработването на самоадаптивен интерфейс от китайския екип представлява важна стъпка към създаването на по-мощни и по-безопасни батерии за бъдещето на транспорта и автоматизацията.
