Одним из главных недостатков современных устройств является необходимость часто подзаряжать их. Учёные надеются улучшить современные литиевые батареи, поменяв жидкий элемент на твёрдый. Твердотельные батареи могут продлить время работы электромобилей и мобильных устройств за счёт повышения плотности хранения энергии. Специалисты из Массачусетского Технологического Института сообщают о прогрессе в разработке таких батарей.
В обычной литиевое батарее жидкий электролит переносит ионы между анодом и катодом. Жидкость является ненадёжной средой и батарея может загореться.
Если вместо неё использовать твёрдый материал, батарея станет безопаснее. Сейчас анод делают из сочетания меди и графита, но если бы делали только из лития, это позволило бы повысить плотность хранения энергии.
Когда батарея перезаряжается, атомы внутри лития заставляют её расширяться, а потом при использовании батарея сжимается. Это делает невозможным постоянный контакт между материалами и электролит разлагается.
В новой архитектуре применяются твёрдые материалы под названием смешанные ионно-электронные проводники (MIEC) и электронные и литий-ионные изоляторы (ELI). Они встроены в трёхмерную архитектуру в форме сот с массивом нанотрубок из MIEC.
Трубки наполненные твёрдым литием и представляют собой анод. Внутри каждой трубки есть пространство для расширения лития. Это сочетание жидкого и твёрдого материалов с достоинствами обоих.
ELI покрывает стенки трубок и связывает их и твёрдый электролит. При подзарядке батареи её внешний размер не меняется.
Получается химически и механически стабильный анод и литий, который не теряет электрического контакта с твёрдым электролитом. 100 циклов заряда и разряда батареи не привели к разрушениям электролита. В будущем анод может весить в 4 раза меньше, чем сейчас, но хранить столько же энергии. Смартфоны с современным весом в будущем может потребоваться заряжать раз в 3 дня.