Новые исследования могут открыть новую эру твердотельных батарей

Хотя переход на возобновляемые источники энергии является высокоприоритетной задачей, существует также необходимость в разработке оборудования для хранения энергии. Литий-ионные батареи в настоящее время являются лучшим выбором, но не могут удовлетворить очень высокие потребности в энергии. Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего в сотрудничестве с LG Energy Solutions пытаются обеспечить нашу потребность в энергоемких батареях, разработав твердотельную батарею с кремниевым анодом .

В литий-ионных батареях в качестве анодов или отрицательного электрода используется графит, покрытый медной фольгой. Хотя эта система работает хорошо, технологии будущего, такие как полет с электроприводом и накопление энергии для сетей, потребуют аккумуляторов с высокой плотностью энергии. Ученые всего мира работают над решением этой проблемы, и вездесущий кремний является потенциальным ответом на этот вызов.

Теоретически кремний в качестве анода в литий-ионной батарее может обеспечивать в 10 раз большую энергоемкость, чем графит в настоящее время. Ученые знали это на протяжении десятилетий и пытались использовать кремний в батареях, но только для того, чтобы увидеть, что они плохо работают. Кремний реагирует с жидкими электролитами в батареях и даже расширяется и сжимается во время циклов зарядки и разрядки. Это приводит к потере емкости с течением времени, в первую очередь теряя преимущество, которое изначально кремний предлагал.

Чтобы решить эту проблему, исследовательская группа под руководством  профессора Ширли Мэн из Калифорнийского университета в Сан-Диего заменила жидкий электролит твердым электролитом на основе сульфида. Кроме того, они также удалили углеродные и полимерные связующие, которые ранее исследователи использовали с кремниевыми анодами, тем самым полностью исключив нежелательные реакции между анодом и электролитом, которые приводили к потере емкости.

Результаты исследования будут опубликованы в номере журнала Science от 24 сентября  .

«Принцип твердотельного кремния преодолевает многие ограничения в обычных батареях», — сказал Даррен Х.С. Тан, первый автор статьи. «Это открывает для нас захватывающие возможности удовлетворить рыночный спрос на более высокую объемную энергию, снижение затрат и более безопасные батареи, особенно для хранения энергии в сети», — Тан также является генеральным директором стартапа UNIGRID Battery, который будет лицензировать технологию для твердотельных аккумуляторов. Кремниевые батареи. Компания LG Energy Solutions, партнер по исследованиям, планирует массовое производство твердотельных батарей к 2027 году.

Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК