Серебро решило крупную проблему твердотельных батарей

Исследователи из Стэнфордского университета предложили простое и эффективное решение для ключевой проблемы твердотельных батарей — хрупкости и склонности к образованию микротрещин в керамическом электролите (например, LLZO). Они нанесли на поверхность электролита ультратонкий (3 нм) слой серебра, а затем подвергли его термообработке при 300 °C. В результате ионы серебра (Ag⁺) проникли в приповерхностный слой (20–50 нм), заместив собой ионы лития в кристаллической решётке. Это привело к пятикратному увеличению устойчивости материала к растрескиванию под механическим давлением и помогло предотвратить внедрение лития в уже существующие дефекты, которое особенно опасно при быстрой зарядке.

Ключевым открытием стало то, что именно ионная форма серебра (Ag⁺), а не металлическая, обеспечивает укрепляющий эффект. Ионы серебра, будучи крупнее ионов лития, упрочняют кристаллическую структуру и изменяют механизм зарождения и распространения трещин. Метод может быть применим и к другим керамическим электролитам, где ионы большего размера способны замещать литий, а в предварительных испытаниях медь также показала некоторую эффективность, хотя и уступающую серебру.

Хотя работа пока проводилась на небольших образцах, а не на полноценных батареях, она открывает перспективный путь к созданию более долговечных и надёжных твердотельных батарей, способных запасать больше энергии и заряжаться быстрее. Учёные уже приступили к испытаниям метода в составе полных литиевых батарей и изучают его применимость для сульфидных электролитов и натриевых батарей, что может снизить зависимость от лития и решить проблемы в цепочке поставок.