В Китае создали керамический литиевый аккумулятор, способный работать в кипятке — для носимой электроники и космоса

Китайские учёные разработали миниатюрную литийионную батарею на полностью керамической основе, способную стабильно работать при температурах значительно выше точки кипения воды. Это позволит обойти нестабильность и взрывоопасность жидких электролитов современных литиевых аккумуляторов, температура работы которых редко превышает 60 °C. Устойчивые и безопасные миниатюрные аккумуляторы нужны носимой электронике, интернету вещей и космосу.

О разработке сообщили учёные Университета Цинхуа (Tsinghua University). Опытный элемент сохранял работоспособность при нагреве до 150 °C, а также в течение 20 секунд выдерживал кратковременный тепловой удар до 300 °C без заметной потери характеристик.

В отличие от обычных литийионных аккумуляторов, где ионы лития перемещаются в жидком электролите, новая батарея использует твёрдую керамическую среду. Это принципиально снижает риск возгорания: традиционные жидкие электролиты летучи и могут воспламеняться при перегреве, проколе или механическом повреждении элемента. Для сравнения, обычные литийионные батареи обычно безопасно эксплуатируются примерно в диапазоне от −20 до 60 °C, тогда как новый образец рассчитан на стабильную работу в диапазоне от 0 до 150 °C.

Серьёзным вызовом для учёных стало сохранение механической прочности электролита по мере снижения его толщины. Тонкие керамические слои уменьшают сопротивление переносу ионов, но становятся более хрупкими, тогда как более толстые повышают прочность, но ухудшают электрохимические характеристики и мешают миниатюризации. Чтобы обойти это ограничение, исследователи предложили многослойную архитектуру без анода: керамические слои формируются и соединяются таким образом, чтобы создать наилучший контакт между ними и обеспечить стековую конструкцию, размер которой можно гибко адаптировать под разные задачи.

Важная особенность разработки — это работа без внешнего давления, которое часто требуется лабораторным твердотельным аккумуляторам для поддержания плотного контакта между слоями. Это также позволит производить аккумуляторы при обычном атмосферном давлении, что потенциально делает технологию относительно недорогой.

Разработчики не собираются добиваться производства негорючих тяговых аккумуляторов, но считают, что для питания миниатюрной электроники необходим максимально безопасный в эксплуатации аккумулятор. Умные часы с таким аккумулятором можно случайно уронить в кастрюлю с кипятком, и это не приведёт к воспламенению батареи устройства. И уж тем более подобные аккумуляторы будут востребованы для миллиардов датчиков систем безопасности самого разного назначения без риска пожара просто из-за выхода аккумулятора из строя.

©  3DNews