Предполагается, что твердотельные батареи обладают огромными преимуществами по сравнению с аналогами: большей дальностью хода при использовании в электромобилях, повышенной безопасностью и более длительным сроком службы. Последний пункт, в частности, до сих пор вызывает вопросы у производителей батарей и исследователей.
Изображение: нейросеть freepikПотому что в твердотельных батареях образуются дендриты. И эти дендриты разъедают ячейку батареи, что может привести к коротким замыканиям. Почему это вообще возможно, до сих пор оставалось загадкой. Немецкие исследователи из Института Макса Планка смогли ее разгадать.

Дендриты — это литиевые волокна, которые образуются в результате химической реакции в твердом электролите во время зарядки и разрядки. По данным Института Макса Планка, они «мягкие, как мармеладные мишки». Тем не менее, им удается проникать в твердый керамический электролит. Как только они разрастаются от отрицательного полюса к положительному, происходит короткое замыкание.

Существовали две гипотезы о том, как мягкие дендриты проникают в твердый электролит. Для проверки этих гипотез были изготовлены и исследованы образцы в вакууме при криогенных температурах (ниже -150 °C). Этот метод гарантировал, что никакие внешние воздействия, такие как кислород и вода, не смогут исказить результаты.

Исследование показало, что на кончиках дендритов не накапливается дополнительный литий. Дальнейшие моделирования и измерения показали, что гидростатическое давление в дендритах создает растягивающие напряжения в электролите. Это можно сравнить с постоянной струей воды, пробивающейся сквозь камень.

Исследователи хотят разработать стратегии предотвращения образования трещин или максимально возможного замедления этого процесса. Один из подходов может заключаться в повышении твердости электролита. Другой подход предполагает введение микроскопических полостей в электролит. Они действуют как заранее определенная точка разрыва, перенаправляя дендриты таким образом, чтобы они достигали положительного полюса как можно позже.

Несколько автопроизводителей планируют устанавливать твердотельные батареи в серийные автомобили в ближайшие годы. Некоторые китайские производители намерены начать в этом году. Исследователи работают над специальными покрытиями на литиевых электродах, предназначенными для подавления образования дендритов.