Новый проводник поможет повысить мощность твердотельных батарей

Ученые из Университета Тохоку и Национальной лаборатории физики высоких энергий (KEK) разработали новый комплексный суперионный проводник из гидрида лития, способный обеспечить новые мощностные рекорды для твердотельных аккумуляторов.

Новый материал, состоящий из водородных кластеров (комплексные анионы), демонстрирует высокую стабильность относительно литиевого металла, сообщает sciencedaily.com. Свойство делает его перспективным сырьем для анодов твердотельных батарей.

Данные устройства могут решить проблему энергетической плотности, существующую у литий-ионных аккумуляторов. Но на данный момент их использованию мешает высокое сопротивление передаче ионов, вызванное нестабильностью твердого электролита по отношению к металлу. Новый материал может стать ответом на этот вопрос.

«Мы ожидаем, что разработка не только поможет в поисках литий-суперионных проводников из комплексных гидридов, но и откроет новую тенденцию в сфере твердотельных электролитов. Это, в свою очередь, приведет к созданию мощных электрохимических устройств», — сказал Сангрюн Ким, член исследовательской группы Син-ичи Оримо из Университета Тохоку.

Металлический литий считается лучшим сырьем для анодов за счет максимальной теоретической емкости (3860 мАч/г) и минимального потенциала (-3,04 В против стандартного водородного электрода). Но он плохо взаимодействует с существующими твердотельными электролитами – на границе сред возникают нежелательные реакции, увеличивающие сопротивление. Предыдущие исследования предлагали решения, вроде сплавления и модификации структур. Но уменьшить сопротивление было сложно, так как в его основе лежит высокая термодинамическая реактивность анода и электролита.

«Комплексные гидриды активно рассматриваются как решение проблем, связанных с металлическим литием. Они могут обеспечить химическую и электрохимическую стабильность, — сказал Ким. – Но из-за низкой проводимости ионов материалы не пытались использовать в реальных батареях. Мы решили создать комплексный гидрид, быстро передающий частицы при комнатной температуре, и проверить, можно ли его использовать с анодом из металлического лития. И это сработало».

Результаты исследования представлены в Nature Communications.