Если заменить жидкий электролит в современных батареях на твердый, батареи могут стать более безопасными и емкими. Настолько, что в экспериментальных версиях эти элементы питания уже показывают способность аккумулирования в два раза большего объема энергии, чем в литий-ионных вариантах, сообщает New Atlas.

Исследователям из MIT удалось найти решение ключевой проблемы таких батарей — ускоренного появления дендритов. Оказалось, что они не образовываются, если в качестве электрода использовать в такой батарее полутвердый материал — одновременно и твердый, и текучий.

Проблема твердотельных батарей, которые в силу повышенной емкости должны заряжаться более высокими токами, — в образовании дендритов, растущих на поверхности электродов кристаллических образований. Их крошечные иголки могут вызвать короткое замыкание или даже возгорание аккумулятора.

Авторы нового исследования, инженеры из нескольких американский вузов, предложили оригинальное решение. Они разработали полутвердотельный металлический электрод из сплава натрия и калия, который они соединили с материалом, который стоматологи используют для заполнения дырок в зубах — прочным, но текучим и пригодным к формовке. Он обладает достаточным запасом упругости, чтобы при контакте с твердым электролитом не образовались крошечные трещины, которые обычно появляются у слишком твердых, но хрупких электродов. Эти трещины и ведут потом к формированию дендритов.

Во время циклов заряда и разряда рабочие температуры позволяют батарее сохранять нужное полутвердое состояние, чтобы обеспечить высокие токи — примерно в 20 раз больше, чем у твердого лития — без образования дендритов.

Исследователи предложили еще одну конструкцию, с тонкой пленкой жидкого натрия-калия, зажатого между твердым электродом и твердым электролитом. Этот подход также предотвращает образование дендритов, открывая интересные возможности для дальнейших экспериментов.