Ученые разработали масштабируемый метод улучшения соединения материалов в твердотельных аккумуляторах

Учёные из Национальной лаборатории Окриджа (ORNL) разработали недорогой масштабируемый метод улучшения соединения материалов в твердотельных аккумуляторах. Именно проблема соединения является одной из самых серьёзных на пути коммерческого использования этого вида аккумуляторных батарей.

Одной из проблем при производстве твердотельных аккумуляторов является сложность надёжного соединения материалов и сохранения стабильности во время циклирования (заряд-разряд) при эксплуатации. Специалисты Национальной лаборатории Окриджа разработали методику, позволяющую преодолеть данную проблему, которую они называют контактным импедансом. До сих пор работы в этом направлении велись с помощью применения высокого давления и других подобных технологий. Но в случае с повышенным давлением процесс может привести к короткому замыканию. Кроме того, для продления срока службы аккумулятора придётся периодически повторять этот процесс, что серьёзно увеличивает стоимость владения и обслуживания аккумулятора.

Группа исследователей из ORNL обнаружила, что при использовании электрохимического импульса устраняются пустоты, образующиеся при соединении слоев анодного материала (металлический литий) с твердым электролитом (учёные использовали соединение LALZO – Li_6.25Al_0.25La₃Zr₂O₁₂). Воздействие кратковременных высоковольтных импульсов привело к улучшению контакта на границе материалов. При этом специалисты не наблюдали никаких нежелательных побочных эффектов. Подробно результаты проведённого исследования они опубликовали в ACS Publications.

Метод электрохимического импульса позиционируется, как доступный. Импульсное излучение приводит к локальному тепловыделению, которое происходит вокруг пустот, заключённых в металлический литий. Это приводит их рассеиванию. Команда учёных несколько раз повторила эксперимент, и получила данные, подтверждающие, что составляющие аккумулятора не разрушаются после использования импульсный методики. Сообщается также, что данную методику можно масштабировать.

Один из руководителей проекта и глава отдела электрификации в ORNL — Илиас Белхаруак (Ilias Belharouak) сказал, что методика позволяет создать твердотельный аккумулятор без приложения давления, которое может привести к повреждению его составляющих. Он говорит, что с использованием данной технологии аккумуляторные батареи могут производиться в обычных условиях, а затем используется импульс. Идею данной методики специалисты взяли из другого исследования аккумуляторов, которое ORNL проводила с использованием электрохимических импульсов для заживления дендритов, образующихся в твёрдых электролитах.

Специалисты продолжают исследования данной методики с использованием более совершенных электролитных материалов. Команда по хранению энергии в лаборатории ORNL также работает над расширением своей методики, чтобы превратить её в работающую технологию по производству твердотельных аккумуляторов. Белхаруак говорит, часто бывает так, что разработанная в лабораториях масштабах технология затем не работает в серийном производстве. Поэтому инженеры лаборатории стараются довести результаты исследования до такой стадии, когда они способны принести практический результат, востребованный в промышленности.

Среди других учёных, которые работали над данной методикой, называются Рухул Амин (Ruhul Amin), Марм Диксит (Marm Dixit), Рашид Эссели (Rachid Essehli), Чарл Джафта (Charl Jafta) и Дэвид Л. Вуд (Дэвид Л. Вуд) из ORNL, а также аспирант Ананд Пареджия (Anand Parejiya) из Центра им. Бредесена при Университете им. Теннесси. Для реализации этого проекта использовались возможности завода DOE Battery Manufacturing. Финансирование осуществлялось Управлением автомобильных технологий Департамента энергетики и возобновляемой энергии Министерства энергетики США. Кроме того, часть средств шла в соответствии с программой исследований и разработок под руководством лаборатории ORNL.