Исследователи использовали модифицированный просвечивающий электронный микроскоп для регистрации молекулярной активности внутри литиевой батареи с кремниевым анодом во время ее зарядки и разрядки. Он показал, что по мере того, как уходящие ионы лития создавали все больше полостей, те в свою очередь превращались во все большие и большие зазоры, которые затем промывались жидким электролитом.
Это привело к искажению ключевой структуры на краю анода, называемой межфазной фазой твердого электролита. Она просачивалась в анод и образовывалась там, где этого не должно было быть. Конечным результатом было создание «мертвых зон», из-за которых анод попросту не мог работать. Ученые увидели, что этот процесс начался всего после одного цикла батареи, и к 36 циклам способность батареи удерживать заряд значительно снизилась. После 100 циклов анод разрушился.
«С учетом настоящего наблюдения становится ясно, что для решения проблемы кремния необходимо сформировать твердую оболочку, чтобы изолировать материал от жидкого электролита», — объяснил в интервью порталу New Atlas соавтор новой статьи Чонгмин Ван. «Есть два способа сделать это. Один из них — это «импровизированное» формирование твердой оболочки на кремнии при начальном функционировании батареи, что требует корректировки состава жидкого электролита. В качестве альтернативы, на кремний можно нанести слой интеллектуального покрытия, что также привело бы к изоляции кремния от контакта с жидким электролитом».
Открывая эти многообещающие новые пути, ученые теперь проводят «интенсивные» исследования и разработки для решения проблемы кремния.
«Трудно предсказать, сколько времени это займет, так как нам нужно определить слой» покрытия «на кремнии, который отвечает как ионной, так и электронной проводимости, а также обладает механической упругостью», — говорит Ван.
