Литий-ионные аккумуляторы пожароопасны и достигли предела энергоемкости. Ученые МФТИ создали новую батарею, которая не боится перегрева и значительно мощнее серийных аналогов.

Ученые Института электродвижения МФТИ в рамках проекта ФПИ «Сапфир-Д» разработали технологию изготовления негорючих батарей с повышенной удельной энергией. Современные литий-ионные аккумуляторы достигли предела энергоемкости и пожароопасны: жидкий электролит при перегреве может воспламениться. Исследователи обошли эти ограничения, заменив жидкий электролит на квазитвердый и переработав конструкцию электродов.

Основа твердого электролита — полимер-керамическая мембрана. Она физически разделяет катод и анод, предотвращая короткое замыкание, но пропускает ионы лития. Вместо обычных катодов из сростков мелких кристаллов ученые использовали крупные кристаллы сложного оксида с повышенным содержанием никеля. Это создает более короткие и однородные пути для диффузии ионов, позволяя быстрее заряжать и разряжать батарею и увеличивая срок службы.

«Мы комбинируем три технических решения. Уникальный состав электролита с добавлением жидкого пластификатора обеспечивает высокую ионную проводимость и безопасность. Монокристаллический катод позволяет работать на более высоких токах и значительно увеличивает ресурс. Покрытие анода из углерода и наночастиц серебра дает возможность осаждать литий равномерно и использовать безанодную схему без толстой литиевой фольги. Это повышает энергетическую плотность и снижает стоимость».

Виктор Визгаловзаведующий лабораторией пост-литий-ионных электрохимических систем Института электродвижения МФТИАнод аккумулятора покрывают специальной смесью из углерода и наночастиц серебра. Благодаря этому литий оседает на нем ровным слоем, а не хаотичными кристаллами. Испытания показали: новые батареи значительно превосходят лучшие серийные образцы по запасаемой энергии, а замена жидкого электролита на полутвердый почти полностью исключает риск возгорания. Такие аккумуляторы нужны для безопасных электромобилей, дронов, роботов и даже для домашних солнечных станций. Партнер ученых — завод «МЕТАЛЛИОН» — уже спроектировал производственную линию. Запуск запланирован на 2028 год.