Университет Цинхуа создал керамический аккумулятор до 300 °C
Китайские исследователи сообщили о создании миниатюрного твердотельного литий-ионного аккумулятора на керамической основе, который сохраняет работоспособность при температурах до 150 °C и переносит кратковременный нагрев до 300 °C. Разработку представила команда Университета Цинхуа. Авторы рассчитывают, что такая архитектура пригодится там, где обычные элементы питания становятся источником пожара, от носимой электроники до авиации и космической техники.
Главное отличие от классических литий-ионных батарей состоит в отказе от жидкого электролита. В новой конструкции используются только керамические материалы, поэтому элемент не горит и лучше переносит перегрев. Для твердотельных систем это старый и до сих пор не закрытый вопрос: безопаснее они выглядят на бумаге, а в производстве упираются в хрупкость материалов, интерфейсы между слоями и быстрый рост стоимости.
- рабочий диапазон заявлен от 0 до 150 °C
- кратковременный нагрев до 300 °C выдерживается 20 секунд
- после 100 циклов сохраняется более 76% исходной емкости
- производство не требует вакуумных камер
Главный инженерный прием, описанный авторами, это многослойная сборка с тонкой химической прослойкой, которая образуется между слоями при изготовлении. Она одновременно скрепляет структуру и не мешает переносу ионов лития. Именно на таких межслойных контактах многие керамические аккумуляторы теряют механическую прочность или резко ухудшают характеристики после нескольких циклов.
Гонка в этом сегменте идет давно. Toyota, Samsung SDI и QuantumScape в последние годы показывали прототипы твердотельных батарей, но в основном речь шла об увеличении плотности энергии и ресурса, а не о работе при столь высоких температурах. Для промышленности и транспорта тема безопасности не менее важна: по оценкам Markets and Markets, мировой рынок твердотельных аккумуляторов к концу десятилетия может измеряться уже миллиардами долларов, если производителям удастся решить вопрос цены и серийного выпуска.
Практическая ценность разработки будет зависеть от следующего этапа, масштабирования. Сто циклов для лабораторного образца достаточно, чтобы показать работоспособность идеи, но для потребительской электроники и тем более для авиации требуются уже сотни и тысячи циклов при предсказуемой деградации. Ответ на вопрос о коммерческом потенциале появится, когда команда покажет элементы большего формата и данные по ресурсу при длительной работе на высокой температуре.
