Descoperire importantă pentru bateriile viitorului. Cercetătorii au identificat cauza principală a defectării

Bateriile cu electrolit solid sunt considerate una dintre cele mai promițătoare tehnologii pentru viitoarele generații de smartphone-uri și automobile electrice. Totuși, dezvoltarea lor a fost încetinită de o problemă majoră, care provoca defectarea prematură a celulelor. O echipă de cercetători susține acum că a descoperit mecanismul responsabil pentru acest fenomen, ceea ce ar putea accelera apariția bateriilor pe piață.

Rezultatele studiului, publicat în Science Daly, aparțin specialiștilor de la Institutul Max Planck pentru Materiale Sustenabile (MPI-SusMat). Aceștia spun că au identificat modul în care se formează fisurile care duc la scurtcircuite și, în final, la deteriorarea bateriei.

De ce sunt importante bateriile cu electrolit solid

Față de bateriile litiu-ion folosite în prezent, noile modele înlocuiesc electrolitul lichid cu unul solid. Această schimbare aduce mai multe avantaje. Bateriile pot stoca mai multă energie, sunt mai sigure și au o durată de viață mai mare.

Dacă tehnologia va ajunge la maturitate, telefoanele mobile ar putea funcționa câteva zile cu o singură încărcare. În același timp, automobilele electrice ar putea avea o autonomie de până la trei ori mai mare decât cea oferită de multe modele actuale.

Misterul care a blocat dezvoltarea tehnologiei

Una dintre cele mai mari provocări a fost apariția dendritelor. Aceste structuri microscopice, asemănătoare unor ramificații, se formează în timpul încărcării bateriei. În timp, ele pot pătrunde prin electrolitul solid și pot provoca un scurtcircuit intern.

Cercetătorii încercau de ani de zile să înțeleagă cum este posibil ca aceste formațiuni din litiu, un material foarte moale, să fisureze un electrolit ceramic mult mai dur.

Pentru a găsi răspunsul, echipa de la Institutul Max Planck a analizat materialele în condiții speciale. Toate experimentele au fost realizate în vid și la temperaturi extrem de scăzute. Astfel, specialiștii au eliminat influența oxigenului, a apei și chiar a fasciculelor de electroni folosite la microscopie.

Cum se produce deteriorarea bateriei

Analizele au arătat că una dintre ipotezele luate în calcul până acum nu se confirmă. În schimb, cercetătorii au descoperit că presiunea exercitată în interiorul dendritelor este suficientă pentru a provoca fisuri în electrolitul ceramic.

Autorii studiului compară fenomenul cu jeturile de apă de mare presiune care pot tăia rocile. Deși litiul este un material moale, presiunea acumulată în timpul creșterii dendritelor poate fractura ceramica și poate duce la defectarea bateriei.

Concluziile au fost verificate și prin simulări informatice, dar și prin metode avansate de analiză a materialelor.

Ce urmează

Înțelegerea mecanismului oferă cercetătorilor noi direcții de dezvoltare. Una dintre variante este realizarea unor electroliți mai rezistenți la fisurare. O altă soluție presupune introducerea unor goluri microscopice care să schimbe direcția de creștere a dendritelor. De asemenea, specialiștii analizează posibilitatea aplicării unor straturi protectoare pe electrozii de litiu pentru a reduce formarea acestor structuri.

Rezultatele studiului reprezintă un pas important spre transformarea bateriilor cu electrolit solid dintr-o tehnologie experimentală într-o soluție viabilă pentru telefoane mobile, automobile electrice și alte dispozitive electronice ale viitorului.