Твердотельная батарея, в которой жидкий электролит, несущий заряд, заменяется твердой альтернативой, обещает ряд преимуществ в производительности по сравнению с сегодняшними решениями, но есть несколько проблем, которые необходимо решить в первую очередь.

Ученые из Университета Брауна сообщают о новом дизайне, который преодолевает некоторые ключевые препятствия, используя тонкое сочетание керамики и удивительного материала графена для производства самого жесткого твердого электролита на сегодняшний день.

В качестве раствора, переносящего ионы лития между анодом и катодом, пока батарея заряжается и разряжается, жидкие электролиты играют важную роль в функционировании современных литий-ионных батарей. Но эти легколетучие жидкости создают риск возгорания при коротком замыкании батареи, поэтому есть возможности для улучшения с точки зрения безопасности.

Помимо этого, альтернативные электролиты могут предложить большую плотность энергии и даже позволить модернизировать другие компоненты батареи. Например, анод обычно изготавливается из меди и графита, но ученые считают, что твердый электролит позволит батарее работать с анодом из чистого лития, что могло бы преодолеть «узкое место плотности энергии», согласно одному недавно опубликованному исследованию.

Но интегрировать твердый электролит не совсем просто, и до сих пор усилия часто сопровождались разрушением и коррозией других частей батареи. Одним из вариантов было использование керамических материалов, но их хрупкость также оказалась проблематичной.

Исследователи из Университета Брауна считают, что они могут преодолеть этот недостаток, добавив немного графена, прочного и легкого чудо-материала, который также обладает высокой электропроводностью - атрибутом, с которым для этих целей нужно было осторожно обращаться.

«Вы хотите, чтобы электролит проводил ионы, а не электричество», - говорит автор исследования Нитин Падтуре. «Графен является хорошим проводником электричества, поэтому люди могут подумать, что мы стреляем себе в ногу, вставляя проводник в наш электролит. Но если мы сохраним концентрацию на достаточно низком уровне, мы сможем препятствовать проводимости графена, и мы все равно получим структурные преимущества».

Команда нашла золотую середину, объединив определенное количество крошечных пластинок оксида графена с керамическим порошком, а затем нагревая смесь, чтобы сформировать композит керамика-графен. В ходе испытаний команда показала, что материал электролита обеспечивает двукратное увеличение прочности только на керамике, и что добавление графена не влияет на его электрические характеристики.

Исследователи говорят, что, насколько им известно, это «самый прочный твердый электролит, который когда-либо производился на сегодняшний день», и надеются, что при дальнейшей работе он сможет найти применение в устройствах для повседневного использования.