Новый сплав для быстрых и долговечных твердотельных аккумуляторов

Инженеры из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали инновационную стратегию проектирования отрицательных электродов из металлических сплавов, способную значительно повысить производительность и долговечность твердотельных аккумуляторов нового поколения. Это открытие приближает нас к созданию практичных и высокоэффективных систем накопления энергии, в том числе для электромобилей.

Исследователи сосредоточились на отрицательных электродах из сплава лития и алюминия. Они детально изучили движение ионов лития в различных фазах этого материала — богатой литием «бета» фазе и бедной литием «альфа» фазе — и их влияние на работу аккумулятора. Регулируя соотношение лития и алюминия, ученые смогли контролировать распределение бета фазы в сплаве.

Было установлено, что увеличение доли бета фазы значительно ускоряет перемещение лития внутри металлического сплава. Этот эффект обеспечивал пути диффузии для ионов лития, скорость которых достигала миллиарда раз быстрее по сравнению с альфа фазой. Кроме того, бета фаза способствовала формированию более плотных, стабильных структур электродов и улучшенных каналов для диффузии лития между электродом и твердым электролитом.

В ходе испытаний аккумуляторы с электродами из обогащенного бета фазой сплава лития-алюминия продемонстрировали высокие скорости зарядки и разрядки, сохранив свою емкость на протяжении более 2000 циклов.

Это первое исследование, устанавливающее прямую зависимость между распределением бета фазы и поведением диффузии лития в сплавах лития-алюминия. Полученные результаты могут послужить основой для разработки будущих электродов на основе сплавов, обладающих более высокой плотностью энергии, сокращенным временем зарядки и увеличенным сроком службы.

Исследование было проведено командой под руководством Чжэн Чен и Юджу Йеон из Школы инженерии имени Джейкобса при Калифорнийском университете в Сан-Диего. В проекте также приняли участие исследователи из Калифорнийского университета в Ирвайне, Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и компании LG Energy Solution.