Инженеры МТИ испытали механические свойства нового вида аккумуляторов, в которых жидкий и взрывоопасный электролит заменен на твердый, повышающий энергоемкость и безопасность батареи.
Впервые ученые провели испытания механических свойств твердых сульфидных электролитов, чтобы понять их производительность.
Замена жидкого электролита в литиевых батареях на твердый может иметь ряд преимуществ. Они могут обеспечить большую емкость аккумулятора и исключить риск крошечных металлических наростов, дендритов, которые могут прорасти в слое электролита и привести к короткому замыканию. Жидкие электролиты химически менее стабильны и могут воспламеняться. Так что если бы батареи были твердыми, они были бы надежнее, меньше и легче.
Но возникает вопрос, какое механическое напряжение происходит внутри электролитного материала, пока электроды то заряжаются, то разряжаются. В жестком электролите эти изменения могут привести к высоким нагрузкам. Если электролит также хрупкий, постоянное движение приводит к трещинам, которые быстро уменьшают производительность батареи и могут даже создавать тоннели, в которых формируются дендриты.
«Мудрость толпы» оказалась мудростью просвещенного меньшинства
Идеи
До недавнего времени крайняя чувствительность сульфида к обычному воздуху осложняла измерение его механических свойств, в том числе — вязкость разрушения. Для того чтобы обойти эту трудность, ученые провели испытания в емкости с минеральным маслом, защищающем образец от химических взаимодействий с воздухом и от влаги. Так были получены подробные измерения механических свойств сульфида, потенциального кандидата в электролиты для твердых батарей.
В результате исследования было установлено, что материал обладает свойствами, напоминающими пластилин или тянучку: при давлении он легко деформируется, но при сильном напряжении ломается, как стекло. Зная в точности эти параметры, можно рассчитать, какую нагрузку выдержит материал прежде, чем треснет, и создать батареи, основываясь на этой информации.
Сульфид оказался более хрупким, чем хотелось бы для создания аккумулятора, но поскольку его свойства стали известны, возможность использовать его остается, считает Фрэнк Макгроган, один из участников эксперимента. Следует только правильно применить полученные знания, пишет MIT News.
Ученые нашли доказательства того, что Вселенная — это голограмма
Кейсы
Другим путем в создании более легких и более мощный батарей пошли российские ученые — они разрабатывают литий-воздушные батареи, которые, возможно, придут на смену литий-ионным. Эти аккумуляторы будут в 5 раз эффективнее и смогут совершить революцию в создании электромобилей.