Новый полимерный электролит повышает ресурс и безопасность литий-металлических батарей

Учёные из Ульсанского национального института науки и технологий (UNIST, Южная Корея) и Женского университета Соокмюнъ представили новую разработку — твёрдый полимерный электролит, способный заметно повысить долговечность и безопасность «твёрдо-state» аккумуляторов.

В традиционных литий-ионных батареях электролит — это воспламеняющаяся жидкость, повышающая риск возгорания и взрыва. Переход на твёрдые электролиты снижает эти опасности, но до сих пор главным ограничением остаётся низкая подвижность ионов лития, что сокращает срок службы батарей.

Команда разработала плёночный электролит на основе фторсодержащего полимера PVDF-TrFE-CFE; ключевой инновацией стал процесс одноосной протяжки (uniaxial stretching), который ориентирует полимерные цепочки в одну сторону, создавая непрерывные каналы для движения литий-ионов. В матрицу также введён керамический наполнитель (LLZTO), обеспечивающий механическую гибкость, огнестойкость и повышение ионной проводимости.

В экспериментах электролит, подвергнутый протяжке, продемонстрировал рост скорости диффузии ионов в 4,8 раза по сравнению с непротянутым образцом, а ионная проводимость увеличилась на 72%. При использовании такого электролита в литий-металлических батареях с катодом на основе LiFePO₄ аккумуляторы после 200 циклов заряд/разряд сохраняли около 78% исходной ёмкости, в то время как аналоги с непротянутым электролитом — лишь около 55%. Тесты на воспламеняемость показали, что пламя затухает менее чем за четыре секунды.

Авторы подчёркивают, что простота физической обработки — протяжки полимерной плёнки — делает метод перспективным для масштабируемого производства батарей. По их словам — это решение может быть применено к разным типам полимерных электролитов, что ускорит путь к коммерциализации безопасных, более долговечных твёрдо-state аккумуляторов.