Китайские учёные разработали крошечную литий-ионную батарею на керамической основе, способную выдерживать экстремальные температуры, что делает её более безопасным источником питания для интеллектуальных датчиков, аэрокосмического оборудования и военных применений.
В отличие от воспламеняющихся традиционных литий-ионных батарей, эта перезаряжаемая твердотельная батарея стабильно работает при температуре до 150 °С и может выдерживать кратковременную температуру до 300 °С без ухудшения характеристик.
Команда под руководством Университета Цинхуа заявила, что небольшие размеры, высокая энергетическая плотность и безопасность полностью керамической батареи позволят интегрировать её в технологии следующего поколения.
«Полученные батареи обеспечивают стабильную работу без давления в широком диапазоне температур… предлагая безопасное и механически прочное решение для питания миниатюрной электроники», — говорится в их статье, опубликованной 5 июня в рецензируемом журнале Matter.
Традиционные литий-ионные батареи, в которых в качестве среды, через которую движутся ионы лития для генерации электрического тока, используется жидкий электролит, стали стандартной технологией благодаря своей высокой энергетической плотности.
По мнению исследователей, по мере того как миниатюрные устройства, такие как «умные» датчики и носимая электроника, становятся всё более распространёнными, для них требуются источники питания, которые были бы компактными, безопасными, обладали высокой энергетической плотностью и были пригодны для эксплуатации в суровых условиях.
«Традиционные литий-ионные батареи не соответствуют требованиям безопасности и термической устойчивости», — отмечают они.
Одной из главных проблем является воспламеняемость: воздействие высоких температур или физические повреждения, такие как проколы, могут привести к возгоранию или взрыву летучих электролитов.
«Это серьёзно ограничивает их использование в критически важных областях, таких как системы пожарной сигнализации и мониторинга, датчики промышленного Интернета вещей, аэрокосмическое оборудование, а также в военной и оборонной сферах», — отметила команда.
«Интернет вещей» — это глобальная сеть физических объектов, оснащённых датчиками, процессорами и программным обеспечением, что позволяет им подключаться к Интернету и взаимодействовать с окружающей средой и другими устройствами.
Твердотельные литиевые батареи, в которых вместо жидкого электролита используется твёрдая среда, переносящая заряд, привлекли значительное внимание благодаря своим превосходным характеристикам безопасности и отсутствию воспламеняемости.
Полностью керамические твёрдотельные батареи являются одним из многообещающих вариантов для миниатюрных устройств, однако китайские исследователи отметили, что столкнулись с «критическим компромиссом между толщиной и прочностью».
Это связано с тем, что создание более тонких керамических твёрдотельных электролитов — которые формируются путём послойного нанесения керамического материала — может ухудшить их механическую целостность.
Для решения этой задачи команда предложила новую многослойную, безанодную, полностью керамическую микролитий-ионную батарею, созданную с использованием технологии, которая усиливает контакт между слоями для повышения эксплуатационных характеристик.
Этот процесс позволяет создавать батареи, которые можно соединять в стопки и легко адаптировать по размеру для различных применений, при этом они демонстрируют хорошие рабочие характеристики и стабильность в широком диапазоне температур от 0 до 150 °С.
Батарея даже смогла нормально работать после термического шока при температуре 300 °С, продолжавшегося 20 секунд.
ссылка на оригинал статьи https://habr.com/ru/articles/1051158/