Японские исследователи показывают, как кремниевые аноды выдерживают нагрузки в твердотельных батареях.

1764826701
2025-12-04 05:27:00

Исследователи из Японии использовали передовую рентгеновскую визуализацию, чтобы показать, как кремниевые аноды в твердотельных батареях сохраняют часть контакта с твердым электролитом, даже когда они расширяются и сжимаются во время зарядки. Это открытие может помочь улучшить конструкцию аккумуляторов для электромобилей (EV) следующего поколения.

Кремний может содержать гораздо больше лития, чем графит, используемый в современных батареях, что делает его привлекательным для высокоэнергетических твердотельных систем. Но во время зарядки он также разбухает более чем в четыре раза, часто нарушая контакт с твердым электролитом и сокращая срок службы батареи.

Использование нанотомографии

Команда под руководством профессора Юки Орикаса из Университета Рицумейкан использовала операндо-синхротронную рентгеновскую микро- и нанотомографию — метод, который захватывает 3D-изображения во время работы батареи — для наблюдения за границей раздела кремний-электролит в реальном времени. Исследование было недавно опубликовано в ACS Nano.

Картина отслоения кремния

Также были обнаружены небольшие фрагменты электролита на основе сульфида, прилипшие к кремнию после циклирования, что обеспечило дополнительные точки крепления.

Команда связала первоначальную потерю емкости батареи с первым образованием этих пустот. Но после того, как картина пустоты стабилизировалась, последующие циклы не показали дальнейшей деградации.

Результаты, по словам исследователей, могут помочь инженерам при разработке твердотельных батарей, которые лучше справляются с механическими нагрузками. Улучшение прилипания материалов электролита к кремнию и контроль давления внутри электрода могут помочь сохранить производительность.

Орикаса сказал, что работа показывает, что «не все межфазные разделения вредны», поскольку частичный контакт все же может поддерживать стабильную работу. Исследование подчеркивает, как наномеханика сильно влияет на долговечность аккумуляторов и может помочь будущим технологиям электромобилей и энергосистем хранения данных.

#Японские #исследователи #показывают #как #кремниевые #аноды #выдерживают #нагрузки #твердотельных #батареях