Российские инженеры нашли, как избавиться от проблемы современной электроники — пожароопасности и ограниченной емкости литий-ионных аккумуляторов.
Ученые из Института электродвижения МФТИ создали батарею с квазитвердым электролитом, которая не воспламеняется при перегреве и при этом превосходит серийные аналоги по энергетической плотности.
Почему старые аккумуляторы опасны? Литий-ионные батареи используются в смартфонах, пауэрбанках, электромобилях и дронах. Однако их архитектура практически исчерпала возможности роста. Главная уязвимость — жидкий электролит: при повреждении или перегреве он может воспламениться, провоцируя цепные реакции и пожары. Это регулярно становится причиной несчастных случаев — от возгорания смартфонов до аварийных электромобилей. Рынок уперся в потолок энергоемкости: увеличить запасы энергии без изменения конструкции уже почти невозможно.
Что предлагают в МФТИ? В новой разработке ученые отказались от жидкого электролита и заменили его квазитвердым — гибридной системой на основе полимерно-керамической мембраны. Она выполняет сразу две функции: физически разделяет катод и анод, предотвращая короткое замыкание, и при этом свободно пропускает ионы лития. Такой подход резко снижает риск возгорания. В системе просто отсутствует легковоспламеняющаяся жидкая среда.
Ученые МФТИ предложили сразу три инженерных решения. Во-первых, квазитвердый электролит с добавлением пластификатора сохраняет ионную проводимость, но остается безопасным. Во-вторых, монокристаллический катод позволяет работать на более высоких токах и увеличивает срок службы аккумулятора. В-третьих, принципиально переработан анод. Его поверхность покрыта смесью серебра и наночастиц серебра. Это обеспечивает расширение осаждения лития без образования так называемых дендритов, которые обычно приводят к коротким замыканиям.
Прототипы нового аккумулятора уже продемонстрировали характеристики, превосходящие лучшие коммерческие модели. Речь идет как о большей энергоемкости, так и о большей стабильности работы. Такие батареи планируют использовать в электротранспорте, где требования к безопасности особенно высоки. Эти технологии также востребованы в беспилотниках, робототехнике и средствах хранения энергии, включая бытовые солнечные станции.
Промышленный потенциал у разработки уже есть. Партнер проекта — АО «Металлион» — спроектировал производственную линию, запуск которой намечен на 2028 год.