Ученые из Нанкинского университета под руководством профессоров Пин Хэ и Шаочунь Тан опубликовали масштабное исследование в журнале Nano-Micro Letters. Они разработали твердотельные литиевые батареи (ASSLB) с алюминиевым анодом и катодом на основе высоконикелевого материала. Такие батареи могут стать прорывом в энергонакопительных системах — они сочетают высокую плотность энергии с долгим сроком службы.

Проблема современных твердотельных батарей — нестабильность на границе электродов и электролита. Из-за этого они быстро деградируют. Китайские исследователи предложили два ключевых решения:

• Предварительное литирование анода — обработка алюминия литием улучшает его стабильность в контакте с сульфидным электролитом.
• Двойное усиление катода — защищает высоконикелевый материал от разрушения при высоком напряжении.

Предварительное литирование — это процесс насыщения анода (например, алюминиевого) литием до сборки батареи. Это нужно, чтобы избежать потерь активного лития во время первых циклов зарядки и улучшить стабильность электрода.

В результате батарея выдерживает 1000 циклов зарядки с сохранением 82,2% емкости. При компактной конструкции ее удельная энергия достигает 375 Вт·ч/кг — это на уровне лучших литий-ионных акумуляторов, но с большей безопасностью.

Пока технология требует доработки, но уже сейчас понятно: такие батареи подойдут для электромобилей дальнего пробега и даже электрической авиации.

Если технологию удастся масштабировать, она решит несколько проблем:

• Безопасность — твердотельные батареи не горят, в отличие от жидкостных.
• Энергоемкость — 375 Вт·ч/кг приближает нас к аккумуляторам, которые смогут питать самолеты.
• Долговечность — 1000 циклов без сильной деградации означает, что батарея прослужит дольше.

Особенно важно, что ученые не просто улучшили лабораторный прототип, а предложили методы, которые можно адаптировать для массового производства.

Главный вопрос — масштабируемость. В исследовании использовались оптимизированные лабораторные условия, а в реальности сульфидные электролиты чувствительны к влаге и требуют сложной сборки. Кроме того, предварительное литирование добавляет шаг в производстве, что может увеличить стоимость.

Ранее ученые заявили о возможной революции в хранении энергии.