Южнокорейские ученые создали твердотельную батарею толщиной 2,77 мкм

Исследователи из южнокорейского университета Тонгук под руководством профессора Хен Сока Кима с кафедры энергетики и материаловедения разработали тонкопленочную твердотельную батарею толщиной всего 2,77 мкм. Об этом. со ссылкой на iXBT. Такая батарея может использоваться в носимой электронике, миниатюрных датчиках и медицинских устройствах, где обычные аккумуляторы слишком велики.

Фото: Pexels

Главная особенность разработки — специальное покрытие из олова и углерода, которое помогает контролировать распределение лития внутри элемента и снижать его потери при зарядке и разрядке. Ученые пытались решить проблему безанодных твердотельных аккумуляторов, в которых жидкий электролит заменен твердым материалом, а отдельный анод отсутствует: при первой зарядке литий из катода осаждается непосредственно на токосъемнике, формируя анод внутри элемента. Такая конструкция упрощает производство и позволяет повысить объемную плотность энергии.

«Однако при многократных циклах литий может осаждаться неравномерно. Часть металла теряет электрический контакт с токосъемником, превращаясь в так называемый мертвый литий, а при разрядке некоторые участки могут отсоединяться от твердого электролита. В результате количество доступного лития постепенно сокращается, что ухудшает характеристики и долговечность аккумулятора», — говорится в материале.

Фото: Pexels

Для борьбы с этим ученые испытали несколько вариантов покрытия токосъемника, включая углеродные и металлические слои. Лучший результат показала двухслойная структура из олова и углерода, нанесенная на медную основу. Дополнительно исследователи нанесли на подготовленный токосъемник тонкий слой металлического лития — процесс прелитирования, создающий запас металла для компенсации потерь на начальных циклах. Во время первой зарядки внутри покрытия также формируется трехмерная структура из олова и сплава лития с оловом, которая, по мнению авторов, помогает компенсировать изменения объема и формы материала при последующих циклах, сохраняя контакт между слоями.

Готовый аккумулятор состоял из катода на основе оксида ванадия и лития, твердого электролита из литий-фосфорного оксинитрида и медного токосъемника с новым покрытием. При общей толщине 2,77 мкм (для сравнения, толщина человеческого волоса обычно 50–100 мкм, батарея тоньше него примерно в 18–36 раз) он продемонстрировал объемную плотность энергии 235,13 Вт·ч/л после 100 циклов зарядки и разрядки.