Японские учёные синтезировали два новых кристаллических материала, которые демонстрируют многообещающие результаты при использовании в качестве твёрдого электролита для батарей.

Высокая удельная энергоёмкость и мощность экспериментальных устройств, созданных и протестированных Юки Като (Yuki Kato) и Рёдзи Канно (Ryoji Kanno) в сотрудничестве с корпорацией Toyota Motor, Токийским технологическим институтом и организацией KEK (High Energy Accelerator Research), открывает перспективы применения таких полностью твердотельных источников питания для увеличения дальности пробега электрических автомобилях на одной зарядке.

В большинстве традиционных батарей используется жидкий электролит, из-за которого возникают проблемы с удержанием заряда и эксплуатацией при высоких и низких температурах. Свободные от этих недостатков твёрдые электролиты слишком дороги, а некоторые из них, к тому же электрохимически нестабильны.

Поэтому, разработка группой Като двух новых супер-ионных проводящих материалов на базе лития представляет значительный шаг к созданию практичных твёрдых батарей. Супер-ионные материалы имеют кристаллическую структуру, по которой ионы могут быстро перемещаться, создавая потоки, аналогичные тем, что возникают в жидких электролитах. Исследования на синхротронном рентгеновском дифрактометре и нейтронном дифрактометре показали, что ионы лития способны перемещаться в новых материалах с большой скоростью даже при комнатной температуре.

Два опытных элемента питания изготовленные с применением новых материалов превосходили по рабочим характеристикам литий-ионные батареи и сохраняли стабильность при эксплуатации в температурном диапазоне от −30 до 100 °C. Большая энергоёмкость выгодно дополняется в них очень низкими уровнями внутреннего сопротивления. Такие элементы можно располагать очень близко друг к другу, составляя из них батареи.

Като также установил, что новые элементы обеспечивают высокую удельную мощность и возможность сверхбыстрой зарядки и превосходят существующие типы батарей по длительности эксплуатации. После 500 циклов перезарядки они сохранили примерно 75% начальной емкости. В отличие от прежних, новые формулы твёрдых электролитов не содержат германия, что значительно снижает итоговую себестоимость готовых решений.