Прорыв в Китае: твердотельные аккумуляторы с гибкой «бронёй» работают тысячи часов на морозе

Коллектив ученых из Китая разработал инновационное покрытие для твердотельных аккумуляторов, которое значительно повышает их долговечность и стабильность работы, в том числе при экстремально низких температурах. Исследователи из Шэньчжэньского международного кампуса Университета Цинхуа и Тяньцзиньского университета создали гибкий защитный слой, который подобно броне укрепляет поверхность батареи, помогая ей выдерживать стресс и сохранять производительность даже в условиях мороза.

Твердотельные аккумуляторы, в которых вместо легковоспламеняющихся жидких электролитов используются твердые, рассматриваются как ключ к созданию более безопасных, мощных и долговечных электрических транспортных средств. Однако их широкому внедрению до сих пор мешала склонность к растрескиванию и деградации при быстрой зарядке или в условиях сильного холода. Слабым звеном является твердая, но хрупкая межфазная граница между электродом и электролитом, которая легко разрушается под напряжением, что приводит к неравномерному накоплению лития и сокращению срока службы батареи.

Профессора Фэйюй Кан и Яньбинь Хэ из Университета Цинхуа вместе с профессором Цюаньхун Яном из Тяньцзиньского университета предложили нестандартный подход, сделав батареи не тверже, а гибче. Используя материалы на основе серебра, они разработали гибкий защитный слой, способный слегка изгибаться, не ломаясь, сохраняя стабильную структуру и обеспечивая беспрепятственное движение ионов лития. В ходе лабораторных испытаний модифицированные твердотельные аккумуляторы продемонстрировали выдающуюся выносливость, проработав непрерывно более 4500 часов в условиях высоких нагрузок. Более того, они сохраняли стабильную производительность свыше 7000 часов при температуре –30 °C, что является критическим показателем для большинства аналогичных элементов.

Достичь такого прорыва ученым помогла инженерия постепенной слоистой структуры, которая сочетает в себе как мягкие, так и жесткие материалы. Эта гибридная архитектура, вдохновленная тем, как природа сочетает гибкость и прочность в биологических системах, таких как раковины или сухожилия, помогает равномерно распределять механическое напряжение по всей батарее, предотвращая появление трещин и структурные повреждения. Ученые подчеркивают, что эта инновация не является немедленным билетом к массовому производству, поскольку создание твердотельных аккумуляторов в промышленных масштабах по-прежнему остается сложной задачей. Тем не менее, данное исследование знаменует собой многообещающий шаг на пути к созданию более надежных и практичных твердотельных батарей для реального использования в электромобилях и системах хранения энергии.