Современные исследования в области литий-металлических твердотельных батарей ставят под сомнение ожидания, связанные с использованием литий-лантан-цирконатного оксида (LLZO) в полностью керамических системах. Согласно анализу, такие батареи, несмотря на обещания повысить плотность энергии, показывают лишь незначительные улучшения по сравнению с обычными литий-ионными аккумуляторами. Расчетная удельная энергоемкость таких батарей составляет около 272 Втч/кг, что лишь немного превышает показатели современных литий-ионных систем (250–270 Втч/кг).
При этом производство LLZO сталкивается с высокими затратами и серьёзными техническими трудностями. Исследователи считают, что более практичными решениями могут стать композитные или гибридные электролиты. Они способны сочетать свойства LLZO с улучшением гибкости и возможностями массового производства.
Как отмечает ведущий автор работы Эрик Чэн из Университета Тохоку, ожидания от использования LLZO как основы для твердотельных батарей были слишком высокими. Даже в идеальных условиях прирост энергоемкости оказывается минимальным, тогда как проблемы в производстве и стоимости остаются значительными. Основными препятствиями к масштабному внедрению LLZO являются его высокая плотность, что увеличивает массовую долю батареи, хрупкость материала, а также сложности при изготовлении тонких слоев без дефектов. Кроме того, возникают проблемы с дендритами лития и пустотами на границах взаимодействия материалов.
Ученые предложили альтернативный подход, основанный на гибридных технологиях. Один из вариантов — использование композитных электролитов, где LLZO сочетается с полимерами. Это улучшает гибкость и технологичность производства при сохранении высокой ионной проводимости. Также рассматриваются квазитвердотельные электролиты с добавлением небольшого количества жидкого электролита для повышения транспортировки ионов и стабильности конструкции. По мнению исследователей, такие подходы позволяют оптимизировать характеристики батарей и снизить их вес, сохраняя при этом высокие рабочие показатели.
«Вместо того чтобы фокусироваться на полностью керамических батареях, нужно пересмотреть подходы», — подчеркнул Чэн, пишет Advanced Digital Battery Technology.