Оптимальную толщину слоя алюминия между литиевым анодом и твердым электролитом в твердотельной литиевой батарее впервые экспериментально установили ученые из Института высокотемпературной электрохимии Уральского отделения РАН (ИВТЭ УрО РАН) и Уральского федерального университета (УрФУ), 22 сентября сообщает пресс-служба университета.

Выполненные уральскими учеными исследования приблизили создание полностью твердотельного литиевого аккумулятора. Такой источник питания, в отличие от батареи с жидким электролитом, не взрывоопасен, будет иметь более низкую стоимость производства, более короткий период зарядки, высокую энергоемкость, более длительный срок службы за счет низких потерь при саморазрядке, компактность, легкость и экологичность.

Существующая к настоящему времени проблема при создании твердотельной батареи состоит в том, что шероховатая поверхность электрода и электролита не позволяют создать плотный контакт между ними, что приводит к высокому сопротивлению в зоне контакта.

Как пишут ученые в аннотации к своей статье о результатах исследования, опубликованной в журнале Solid State Ionics, критическая проблема границы раздела между Li-анодом и твердым электролитом на основе Li7 La3 Zr2 O12 может быть решена с помощью буферного слоя алюминия (Al).

В процессе исследования керамические образцы электролита покрывали слоями Al различной толщины: 10, 50 и 150 нм с помощью вакуумного напыления. Было установлено, что осаждение 150 нм Al снижает межфазное сопротивление между твердым электролитом и Li.

Этот происходит потому, что граница раздела (интерфейс) между анодом и электролитом становится однороднее и плотнее, пустоты между ними уменьшаются, как и сопротивление интерфейса, ток же делается мощнее и устойчивее. Важно также, что алюминий имеет низкую стоимость из-за своего широкого распространения.

Виктория Пряхина, научный сотрудник отдела оптоэлектроники и полупроводниковой техники НИИ физики и прикладной математики УрФУ пояснила: «Максимальная эффективность достигается через несколько дней, когда под воздействием тока и нагрева алюминий полностью переходит в расплавленный литий, и вместо литиевого анода и алюминиевого слоя образуется литиевый сплав с очень незначительным содержанием алюминия, непосредственно контактирующий с электролитом».

Самой перспективной сферой применения полностью твердотельных батарей является электромобилестроение. Оснащенные такой батареей электромобили смогут до подзарядки преодолевать большие расстояние на одном заряде, отмечается в публикации.