Команда исследователей из Юлихского исследовательского центра (Германия) представила новую технологию создания твердотельных аккумуляторов с ускоренной подзарядкой. Батареи такого типа отличаются более высокой плотностью энергии и подвержены риску возгорания меньше, чем литий-ионные аналоги.
Однако у них есть серьезный недостаток — слабый ток заряда и разряда. Обычно на полную зарядку твердотельного аккумулятора уходит 10-12 часов — намного больше, чем у накопителей с жидким электролитом.
Как поясняет Science Daily, жидкий электролит в литий-ионных батареях создает идеальные условия для передачи энергии. Электроды обладают неровной текстурой и впитывают жидкость, как губки, создавая обширную контактную поверхность. У твердотельных аккумуляторов сопротивление между электродами и электролитом слишком высоко, что препятствует быстрой подзарядке.
Инженеры нашли способ снизить сопротивление на границе электрода и электролита за счет использования компонентов из сходных по структуре и текстуре материалов.
«Анод, катод и электролит выполнены из фосфатных соединений. Благодаря этому нам удалось добиться заряда в 3 кулона при емкости 50 мА·ч/грамм», — рассказал руководитель исследования доктор Германн Темпель.
По словам ученого, технология позволяет в 10 раз увеличить скорость подзарядки аккумулятора и снизить затраты времени на это до одного часа. В ходе испытаний накопитель выдержал 500 циклов зарядки и разрядки без потери стабильности. Емкость при этом снизилась лишь на 16%.
Темпель подчеркнул, что компоненты для батареи стоят дешево, а процесс производства не требует больших затрат. Более того, при изготовлении твердотельных аккумуляторов такого типа почти не применяются токсичные вещества, которые нужны для создания литий-ионных накопителей.
Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Applied Materials & Interfaces. Инженеры уже запатентовали технологию. По их расчетам, на практике емкость твердотельного аккумулятора составит 120 мА·ч/грамм, что сопоставимо с литий-ионными аналогами. Использовать их можно будет в целом ряде устройств — от электромобилей и гаджетов до портативных медицинских устройств.
Ранее команда японских ученых снизила снизить сопротивление на границе электрода и твердого электролита, используя похожую методику. При изготовлении батареи они использовали ультравысокий вакуум, который помог избавить границы материалов от примесей. В результате сопротивление снизилось в два раза, а аккумулятор стал заряжаться за секунды.
