Твердотельные аккумуляторы со сверхбыстрой зарядкой часто выходят из строя из-за механического напряжения. Об этом сообщает Стэнфордский университет.
В последние несколько лет у инженеров получилось создать аккумуляторные батареи с твердым электролитом. Они обеспечивают более высокую плотность энергии, гораздо быстрее заряжаются и пожаробезопасны. Однако массовому распространению этой технологии мешает ряд технических проблем, в том числе частые поломки.
Уильям Чуэ и его коллеги выяснили, что эта проблема возникает из-за механических повреждений керамического электролита. «Даже небольшое вдавливание, сгибание или скручивание батарей может привести к открытию наноскопических трещин в материалах и попаданию лития в твердый электролит, что приведет к короткому замыканию», — поясняет ученый.
Это удалось выяснить в ходе более чем 60 экспериментов. Оказалось, что керамика часто пронизана наноскопическими трещинами и вмятинами, многие из которых имеют ширину менее 20 нанометров. В итоге во время быстрой зарядки эти врожденные трещины открываются, позволяя литию проникать внутрь.
В каждом эксперименте исследователи прикладывали электрический зонд к твердому электролиту, создавая миниатюрную батарею, и использовали электронный микроскоп для наблюдения за быстрой зарядкой в режиме реального времени. Оказалось, что короткие замыкания возникают в тех случаях, когда зонд оказывал давление на поверхность, деформируя ее.
Авторы считают, что их открытие позволит создать инженерам более надежные батареи с твердым электролитом.