Твердотельные батареи представляют собой перспективные решения для хранения энергии, где легковоспламеняющиеся жидкие электролиты заменяются твёрдыми материалами, проводящими ионы лития. Помимо повышенной безопасности по сравнению с литий-ионными аналогами, такие батареи могут демонстрировать более высокую энергетическую плотность, увеличенный срок службы и сокращённое время зарядки.
Несмотря на потенциал, большинство существующих твердотельных батарей пока не оправдывают ожиданий. Одна из ключевых причин — образование литиевых дендритов, игольчатых металлических структур, возникающих при неравномерном осаждении лития во время зарядки.
Эти структуры способны прокалывать твёрдые электролиты, что негативно сказывается на производительности батарей и может провоцировать опасные реакции. Поиск стратегий предотвращения дендритов при сохранении высокой энергоэффективности остаётся критически важной задачей для коммерциализации технологии.
Исследователи из Оксфордского университета и других институтов продемонстрировали, что уплотнённый аргиродит (Li6PS5Cl) — керамический материал твёрдого электролита — может улучшить производительность батарей и подавить формирование дендритов. Их работа, опубликованная в Nature Energy, открывает новые возможности для создания безопасных, эффективных и быстро заряжающихся аккумуляторов.
Учёные увеличили относительную плотность электролита Li6PS5Cl с 83% до 99%, после чего использовали методы визуализации и моделирования для анализа микроструктуры материала. Результаты показали, что плотный аргиродит позволяет достичь плотности тока до 9 мА/см² без образования дендритов.
Моделирование выявило, что ключевыми факторами повышения критической плотности тока (CCD) стали уменьшение размера пор и сокращение длины трещин. Эти изменения преобладают над другими структурными особенностями, что в целом ведёт к росту CCD, как и было подтверждено экспериментально.
Исследование подчёркивает потенциал плотного аргиродита для создания высокопроизводительных твердотельных батарей, устойчивых к дендритообразованию. Дальнейшие работы будут направлены на интеграцию материала в реальные ячейки для практической проверки.
