Серебро решило крупную проблему твердотельных батарей
Наноразмерный слой ионов серебра, нанесённый на поверхность керамического электролита, в пять раз повысил его устойчивость к образованию трещин, что может приблизить создание безопасных и энергоёмких батарей нового поколения
Короткое резюме
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.
Пятикратное увеличение устойчивости к трещинам
Наноразмерный слой ионов серебра (Ag⁺), внедрённый в поверхность керамического электролита LLZO, повысил его стойкость к механическому растрескиванию почти в пять раз
Ключевая роль ионной формы серебра
Укрепляющий эффект обеспечивает именно положительно заряженный ион серебра (Ag⁺), который замещает ионы лития в кристаллической решётке, а не металлическое серебро
Защита от разрушительного внедрения лития
Обработка также помогает блокировать проникновение лития в существующие микротрещины, что особенно важно для предотвращения их роста в режиме быстрой зарядки
Потенциал для масштабирования и других материалов
Метод может быть распространён на другие типы керамических электролитов и, возможно, другие металлы (например, медь), а также перспективен для натриевых батарей как альтернативы литиевым
Текст сгенерирован с использованием ИИ
