Ученые нашли способ перенаправлять опасные дендриты внутри твердотельных батарей
30 августа 2026, 15:16Наука и космосDexter0
Специалисты из Стэнфордского университета и Национальной ускорительной лаборатории SLAC нашли метод уменьшения вероятности короткого замыкания в твердотельных аккумуляторах с помощью механического сжатия. Давление не останавливает образование литиевых дендритов, но изменяет их направление роста, что позволило экспериментальным ячейкам функционировать на протяжении тысяч циклов.
Дендриты представляют собой одно из основных препятствий для широкого применения твердотельных аккумуляторов. Во время процесса зарядки литий может накапливаться в микроскопических дефектах твердого керамического электролита, создавая игольчатые металлические структуры. Если такой отросток достигает противоположного электрода, внутри батареи возникает короткое замыкание.
В ходе эксперимента ученые применяли механическое сжатие твердого электролита с помощью кольца из сплава с памятью формы. При нагревании до 170 °C кольцо сжималось, создавая механическое давление на исследуемую ячейку.
Неожиданно выяснилось, что дендриты продолжали формироваться, однако изменили направление своего роста. Вместо того чтобы двигаться через электролит к электродам, они распространялись в основном горизонтально. В результате даже значительное количество образовавшихся металлических литиевых структур не вызывало замыкания.
Для наблюдения за процессами внутри батареи исследователи использовали рентгеновское оборудование. Оно позволило установить, что дендриты способны возникать непосредственно в керамическом электролите — в порах, на границах кристаллических зерен и других микроскопических дефектах. Ранее не было однозначного ответа на вопрос, образуются ли они только на поверхности электролита или могут формироваться внутри него.
Особенно значимым оказался ресурс экспериментальных элементов. Несмотря на образование множества дендритов, находящиеся под механическим давлением батареи продолжали функционировать на протяжении тысяч циклов зарядки/разрядки.
В будущем инженеры смогут создать аккумуляторы, в которых твердый электролит будет постоянно находиться под заранее рассчитанным механическим напряжением. Альтернативным направлением остается улучшение самого материала — снижение количества внутренних дефектов и электронной проводимости, способствующих образованию металлического лития.
Твердотельные аккумуляторы рассматриваются как один из перспективных преемников современных литий-ионных батарей. Теоретически они могут обеспечить значительно более высокую плотность энергии, одновременно повышая надежность и безопасность. Однако для массового внедрения необходимо решить не только проблему дендритов, но и обеспечить стабильный контакт между твердым электролитом и электродами.
Следующим этапом работы ученых станет изучение границ между анодом, катодом и электролитом.
Источники:Interesting EngeneeringНаука и космос0Наука14 минут назад
Источник