Ученые из Университета префектуры Осака разработали катод из сульфида лития с твердым электролитом, который отличается устойчивостью к окислению. Это открытие приближает твердотельные аккумуляторы на шаг ближе к реальности. Статья с результатами исследования опубликована в журнале Advanced Functional Materials.
В состав твердотельных аккумуляторов входит твердый электролит, который отделяет друг от друга катод и анод — те части аккумулятора, которые непосредственно генерируют энергию. Считается, что твердотельные аккумуляторы представляют собой более безопасную и энергоемкую альтернативу воспламеняющимся жидким и гелевым электролитам, которые входят в состав литий-ионных батарей. Тем не менее до сих пор не удавалось сделать так, чтобы по плотности энергии твердотельные аккумуляторы не только не уступали литий-ионным батареям, но и превосходили их.
Ранее в Университете префектуры Осака уже разрабатывались твердотельные аккумуляторы. Они состояли из твердых растворов сульфида лития и иодида лития. Тогда ученые выяснили, что во время зарядки и разрядки частицы иодида лития выполняли роль ионного проводящего пути в сульфиде лития. В результате этого повышалась энергоемкость батареи. На основе этого исследователи предположили, что, чтобы увеличить емкость аккумулятора, нужно рассматривать иодид лития как проводник. В нынешней работе ученые занялись изучением аспекта, который раньше не учитывался, — электрохимическим окном твердых электролитов. Электрохимическое окно — это диапазон электродного потенциала, в котором вещество не окисляется и не восстанавливается. Используя метод вольтамперметрии с линейной разверткой, исследователи измерили напряжение начала окисления ряда твердых электролитов. В результате они выяснили, что напряжение начала окисления твердого электролита, который может быть использован в аккумуляторе с катодом из сульфида лития, должно превышать напряжение катода на 0,2 В. В таком случае повышается энергоемкость.
«Нахождение приемлемого электрохимического окна для высокоемкого заряда — это лишь половина задачи, — пояснил Ацуши Сакуда. — Следующий шаг — высвобождение этой энергии. Оно зависит от ионной проводимости твердого электролита».
На этом этапе команда ученых исследовала окислительную стабильность нескольких солей лития. Наиболее хорошо показали себя псевдобинарные соли кислородсодержащих кислот, которые были открыты в 1987 г. нынешним президентом Университета префектуры Осака, Масахиро Тацумисаго. Нанокомпозитный электрод, состоящий из сульфида лития и этих солей лития, обладает устойчивостью к электрохимическому разложению и относительно высокой ионной проводимостью.
Ранее мы рассказывали, что ученым удалось создать эффективный твердотельный электролит из древесины.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
