В сравнении с широко распространенными сегодня литий-ионными батареями, в которых применяется жидкий электролит, полностью твердотельные аккумуляторы позволяют повысить количество запасенной энергии на единицу веса, что в свою очередь позволяет создавать батареи более высокой емкости и при этом использовать твердые электролиты, которые заметно безопаснее жидких. Однако литиевые аноды, которые нередко применяются в полностью твердотельных аккумуляторах, склонны вызывать рост дендритов¹, что может приводить к нежелательным побочным эффектам, в том числе к уменьшению срока службы батареи и снижению ее безопасности.

Для решения этой проблемы исследователи Samsung впервые предложили использовать в качестве анода композитный слой из серебра и углерода (Ag-C). Исследователи обнаружили, что использование серебряно-углеродного слоя в прототипе батареи позволило увеличить ее емкость, срок службы и общую безопасность. При толщине всего 5мкм (микрон) ультратонкий серебряно-углеродный нанокомпозитный слой позволил уменьшить толщину анода и увеличить удельную энергоемкость батареи до 900Втч/л. Кроме того, это дало возможность сделать свой прототип примерно на 50% меньше по объему, чем при использовании традиционной литий-ионной батареи.

Ожидается, что это исследование будет способствовать развитию электротранспорта. Прототип ячейки, которую разработала команда, позволит электромобилю проезжать до 800 км без подзарядки, при этом срок службы аккумулятора предусматривает более 1000 циклов зарядки/разрядки.

(Слева направо) Юичи Айхара (Yuichi Aihara), старший инженер в SRJ, Ён-Гун Ли (Yong-Gun Lee), старший исследователь в SAIT и Доньмин Им (Dongmin Im), специалист SAIT

Как пояснил Доньмин Им (Dongmin Im), специалист лаборатории современных аккумуляторных технологий (Next Generation Battery Lab) в исследовательском центре SAIT, возглавляющий проект: «В результате реализации этого проекта мы можем получить базовую технологию для создания более безопасных и производительных аккумуляторов будущего. Мы намерены продолжить разработку и совершенствование материалов для полностью твердотельных аккумуляторов и в дальнейшем».

1. Дендриты представляют собой иглоподобные кристаллы, которые могут образовываться на аноде батареи в процессе ее подзарядки.