Китайские ученые улучшили ресурс твердотельных батарей

Исследователи из Даляньского института химической физики при Китайской академии наук сообщили о новой архитектуре твердотельного аккумулятора с композитным гелевым электролитом. В лабораторных тестах такая ячейка сохранила 84,15% начальной емкости после 350 циклов зарядки и разрядки. Разработка нацелена на одну из главных проблем сегмента: высокий межфазный барьер между твердым электролитом и электродами, который ускоряет деградацию элемента.

В новой конструкции ученые использовали органически-неорганический композитный гелевый электролит. В материал добавили оксихлорид лития, который запускает химическую реконструкцию поливинилиденфторида и формирует непрерывные каналы для переноса ионов лития. Идея не новая по классу материалов, но здесь разработчики пытаются совместить два свойства, которые обычно конфликтуют: проводимость неорганики и механическую гибкость полимеров.

По данным авторов работы, электролит показал ионную проводимость 2,73 × 10^-4 С/см, число переноса ионов лития — 0,90 и электрохимическое окно выше 4,78 В. Модуль Юнга составил 892,53 МПа, что должно снижать риск механического разрушения внутренних слоев ячейки. В симметричном элементе система проработала более 2500 часов при плотности тока 0,1 мА/см².

Полноформатные ячейки с катодом NCA, то есть никель-кобальт-алюминий, выдержали 350 циклов с сохранением 84,15% емкости. Авторы сравнивают результат с более традиционными системами на базе LLZTO, литий-лантан-цирконий-титан-оксидов, и заявляют о лучшей стабильности интерфейса. Для рынка электромобилей именно этот параметр остается узким местом: твердотельные батареи обещают более высокую плотность энергии и лучшую термостабильность, но серийные решения все еще упираются в ресурс, стоимость и масштабирование производства.

Крупные игроки идут к той же цели с разных сторон. Toyota ранее обещала вывести машины с твердотельными батареями в первой половине этого десятилетия, QuantumScape с 2020 года показывает прогресс в прототипах литий-металлических ячеек, а Samsung SDI и Solid Power тестируют собственные варианты твердого электролита. По оценке IDTechEx, рынок твердотельных аккумуляторов к началу 2030-х может вырасти до нескольких миллиардов долларов, если производителям удастся подтвердить ресурс не в сотнях, а в тысячах циклов на автомобильном уровне.