Ученые из Юго-Восточного университета (Китай) нашли способ улучшить твердотельные литиевые батареи, которые считаются перспективными, но пока сталкиваются с проблемами — электролиты на основе фторполимеров быстро разрушаются, а ионы лития двигаются слишком медленно. Профессора Чжэнмин Сунь и Лун Пань предложили добавлять в электролит металлоорганические каркасы на основе индия (In-MOF), и это дало впечатляющий результат.

Подробности опубликованы в издании Nano-Micro Letters.

Обычно фторполимеры, такие как PVH (сополимер винилиденфторида и гексафторпропилена), плохо совместимы с литиевым анодом — между ними идут побочные реакции, батарея деградирует и теряет емкость. Но если добавить In-MOF, все меняется:

• In-MOF связывает остатки растворителя, которые обычно провоцируют нежелательные химические процессы.
• На поверхности лития образуется защитный слой (SEI), который не дает электролиту разрушаться и помогает ионам лития осаждаться равномерно, без дендритов.

Ионная проводимость такого композита достигает 1,23 × 10⁻³ См/см при комнатной температуре — это очень высокий показатель. Батареи с этим электролитом показывают отличную стабильность: после 130 циклов сохраняется 95,7% емкости, а после 280 — 80%.

Как это работает

In-MOF — пористый материал с открытыми металлическими центрами. Он не только стабилизирует электролит, но и снижает его кристалличность, что ускоряет движение ионов.

Компьютерное моделирование подтвердило: In-MOF прочно удерживает молекулы растворителя и хорошо взаимодействует с литием.

Где это пригодится

• В твердотельных батареях с литиевым анодом и катодами типа LFP или NCM622 — они сохраняют емкость даже при высоких напряжениях.
• В гибких и безопасных устройствах, где важна устойчивость к перегрузкам.

Исследователи планируют улучшать структуру In-MOF и тестировать его в других типах батарей.

Это исследование решает две ключевые проблемы твердотельных батарей: нестабильность на границе с литием и низкую ионную проводимость. Если технология масштабируется, мы получим:

• Более безопасные аккумуляторы — без жидкого электролита и дендритов.
• Увеличенный срок службы — даже после сотен циклов емкость почти не падает.
• Быструю зарядку — благодаря высокой проводимости.

Пока что главное ограничение — стоимость и сложность синтеза In-MOF. Но если найдут способ производить их дешево, такие батареи могут появиться в электромобилях и портативной электронике уже через 5–7 лет.

Авторы исследования не уточняют, как поведет себя электролит при низких температурах — фторполимеры обычно теряют проводимость на холоде. Также нет данных о механической прочности PVH-IM: если он окажется слишком хрупким, это осложнит применение в гибких устройствах.

Ранее ученые открыли перспективный твердый электролит из наночастиц.