Японские ученые вдвое повысили проводимость оксидного твердого электролита для Li-ion батарей

Ученые из Нагойского университета (Япония) установили рекорд литий-ионной проводимости среди оксидных твердых электролитов. Исследователям удалось более чем вдвое улучшить характеристики материала LLNOF, доведя показатель до 16,3 мСм/см (миллисименсов на сантиметр).

Твердотельные батареи считаются более безопасной альтернативой обычным литий-ионным аккумуляторам, поскольку в них вместо горючего жидкого электролита используется твердый материал. Однако главным препятствием для их распространения долгое время оставалась низкая скорость перемещения ионов лития внутри твердой структуры.

Наилучшую проводимость демонстрируют сульфидные и хлоридные электролиты, но они неустойчивы к влаге и при контакте с ней могут выделять токсичные газы. Оксидные материалы химически стабильнее, но традиционно уступают по эффективности переноса лития.

LLNOF — редкое исключение. В 2024 году проводимость материала составляла около 7 мСм/см. В ходе нового исследования ученые не только объяснили такое поведение, но и улучшили результат.

Почему фтор ускоряет движение лития

Оказалось, что при движении иона лития соседний ион фтора одновременно смещается в противоположную сторону. Это снижает энергетический барьер внутри кристаллической решетки и ускоряет перемещение лития.

Оптимизировав соотношение лития, лантана и свободных позиций в структуре, исследователи добились проводимости 16,3 мСм/см. По их данным, это самый высокий зарегистрированный показатель объемной литий-ионной проводимости среди оксидных твердых электролитов этого класса.

Речь идет о фундаментальном исследовании, а не о готовой батарее. Однако открытый механизм может лечь в основу твердотельных аккумуляторов нового поколения, сочетающих высокую проводимость и безопасность оксидных электролитов. Дата появления коммерческих образцов не названа.