Исследователи разработали ускоренный метод поиска защитных наномасштабных покрытий для перспективных, но хрупких твердотельных батарей на основе сульфидов. Ультратонкий слой оксида магния толщиной всего в один нанометр способен стабилизировать интерфейсы таких батарей, одновременно пропуская ионы лития и блокируя поток электронов, вызывающий деградацию. Подход сочетал вычислительный скрининг с помощью теории функционала плотности и экспериментальное тестирование. Ученые моделировали поведение оксидных покрытий на трёх критических границах: между электролитом, анодом из литиевого металла и катодом.
Вопреки ожиданиям, лучшие результаты показали не инертные, а реакционноспособные материалы: они формируют «умный» барьер, который останавливает электроны, но сохраняет транспорт лития. В ходе испытаний оксид магния продемонстрировал наилучшую стабильность, снизив сопротивление интерфейса и повысив общую производительность. Оксид цинка, несмотря на высокую реакционную способность, также работал хорошо благодаря правильным свойствам продуктов реакции, тогда как оксид циркония, будучи стабильным сам по себе, образовывал «забитые» пути и показывал низкую эффективность.
Для проверки однородности покрытий использовались электронная микроскопия и рентгеновская спектроскопия. Это ультратонкое покрытие критически важно для будущего электромобилей: оно приближает создание безопасных батарей с возможностью сверхбыстрой зарядки — менее чем за десять минут — без риска теплового разгона, в отличие от традиционных жидких литий-ионных систем. Теперь учёные могут предсказуемо и быстро проверять тысячи материалов-кандидатов, что значительно ускоряет путь к аккумуляторам, которые будут заряжаться за минуты и надёжно служить десятилетиями.
Твёрдотельная «чудо-батарея» Donut Lab оказалась на поверку обычным литиевым АКБ.