Специалисты из Китая создали компактную литий-ионную батарею, выполненную целиком на керамической основе, которая способна надёжно функционировать при температурах, существенно превышающих точку кипения воды. Такое решение позволяет преодолеть проблемы нестабильности и пожароопасности, присущие жидким электролитам в современных литиевых источниках питания, чей рабочий температурный диапазон редко превышает 60 °C. Надёжные и безопасные миниатюрные аккумуляторы востребованы в носимых устройствах, системах интернета вещей и космической технике.
Источник изображения: ИИ-генерация ChatGPT/3DNews
Данная разработка была представлена исследователями из Университета Цинхуа (Tsinghua University). Экспериментальный образец сохранял свои функции при нагреве до 150 °C, а также выдерживал кратковременное тепловое воздействие до 300 °C на протяжении 20 секунд без ощутимого ухудшения параметров.
В отличие от стандартных литий-ионных батарей, где ионы лития движутся внутри жидкого электролита, новая модель использует твёрдую керамическую среду. Это кардинально уменьшает вероятность возгорания: традиционные жидкие электролиты отличаются летучестью и способны воспламеняться при перегреве, проколе или механическом повреждении элемента. Для сравнения, обычные литий-ионные аккумуляторы, как правило, безопасно работают в диапазоне от −20 до 60 °C, тогда как новый образец предназначен для стабильного функционирования при температурах от 0 до 150 °C.
Основной сложностью для учёных стало сохранение механической прочности электролита при уменьшении его толщины. Тонкие керамические слои снижают сопротивление перемещению ионов, но становятся более хрупкими, в то время как более толстые увеличивают прочность, однако ухудшают электрохимические свойства и затрудняют миниатюризацию. Для преодоления этого ограничения специалисты предложили многослойную архитектуру без анода: керамические слои формируются и соединяются таким образом, чтобы обеспечить наилучший контакт между ними и создать стековую конструкцию, размеры которой можно гибко адаптировать под различные задачи.
Ключевой особенностью данной разработки является её способность работать без внешнего давления, которое зачастую требуется лабораторным твердотельным аккумуляторам для поддержания плотного соприкосновения слоёв. Это также даёт возможность производить такие аккумуляторы при обычном атмосферном давлении, что потенциально делает технологию сравнительно недорогой.
Создатели не ставят перед собой цель выпускать абсолютно негорючие аккумуляторы для тяговых нужд, однако они убеждены, что для питания компактной электроники требуется максимально надёжный и безопасный в использовании источник энергии. Если умные часы, оснащённые таким аккумулятором, случайно упадут в кастрюлю с кипящей водой, это не вызовет возгорания батареи гаджета. Тем более подобные элементы питания будут востребованы для миллиардов датчиков в системах безопасности самого разного назначения, где исключён риск пожара даже в случае выхода аккумулятора из строя.
