Китайские учёные создали батарею, которая без проблем работает даже в кипятке

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 целиком 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 подход 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.

С точки зрения 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 равным образом в военной и оборонной сферах», — отметила команда.

«Интернет вещей» — это глобальная сеть физических объектов, оснащённых датчиками, процессорами и программным обеспечением, что даёт возможность 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 разработка 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 процедура 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 функционировать после термического шока при температуре 300 °С, продолжавшегося 20 секунд.