Фтор «уступает дорогу» литию: ученые установили рекорд проводимости для твердых электролитов Li-ion батарей
Ученые более чем вдвое повысили проводимость перспективного электролита
Японские исследователи из Нагойского университета улучшили характеристики материала LLNOF и установили рекорд литий-ионной проводимости среди оксидных твердых электролитов. Разработка может стать важным шагом на пути к созданию более безопасных твердотельных аккумуляторов.
Изображение сгенерировано ChatGPT // Источник изображения: ChatGPT
Главное преимущество твердотельных батарей — отказ от горючего жидкого электролита, который при повреждении аккумулятора способен стать причиной возгорания. Однако до сих пор одной из главных проблем таких систем оставалась сравнительно низкая скорость перемещения ионов лития внутри твердых материалов.
Лучше всего работают сульфидные и хлоридные электролиты, но они чувствительны к влаге и могут выделять токсичные газы. Оксидные материалы значительно стабильнее химически, однако традиционно уступают конкурентам по эффективности переноса лития.
Материал LLNOF оказался редким исключением. Еще в 2024 году его проводимость достигала около 7 мСм/см (миллисименсов на сантиметр), а теперь ученые не только раскрыли причину такого поведения, но и смогли повысить показатель более чем в два раза.
Исследование показало, что во время движения иона лития соседний ион фтора одновременно смещается в противоположную сторону, снижая энергетический барьер внутри кристаллической решетки. Иными словами, фтор буквально освобождает путь для лития, делая его перемещение значительно быстрее.
Оптимизировав соотношение лития, лантана и свободных позиций в структуре материала, исследователи довели проводимость до 16,3 мСм/см. По данным самих ученых, это самый высокий зарегистрированный показатель объемной литий-ионной проводимости среди оксидных твердых электролитов этого класса.
Пока речь идет о фундаментальном исследовании материала, а не о готовой батарее. Тем не менее открытый механизм может лечь в основу нового поколения твердотельных аккумуляторов, сочетающих высокую проводимость и безопасность оксидных электролитов.