Китайские ученые достигли прорыва в области твердотельных батарей, снизив давление с сотен мегапаскалей до 5 МПа

Исследователи Университета науки и технологий Китая сообщили о突破, который решает центральное препятствие для практического использования твердотельных литиевых батарей: их зависимость от крайне высокого внешнего давления в процессе работы. Результаты, опубликованные 8 января 2026 года в журнале Nature Communications, описывают новый твердый электролит, который обеспечивает стабильное циклическое использование батареи при значительно более низком давлении, чем было сообщено ранее.

Твердотельные литиевые батареи широко исследуются за их потенциал сочетать более высокую энергоемкость с повышенной безопасностью по сравнению с обычными жидкими литий-ионными батареями. Однако, поскольку как электролит, так и электроды являются твердыми, предыдущие исследования показали, что поддержание адекватного контакта в твердой фазе обычно требует внешних давлений в десятки и сотни мегапаскалей. Такие уровни давления трудно достижимы в практических системах батареек, что ограничило эту технологию преимущественно лабораторной средой.

Исследовательская группа, возглавляемая профессором Ма Чэнем, разработала новый неорганический твердый электролит, состоящий из лития, циркония, алюминия, хлора и кислорода, химически описанный как 1.4Li2O-0.75ZrCl4-0.25AlCl3. По сравнению с основными неорганическими твердыми электролитами, включая материалы на основе сульфидов, новый электролит демонстрирует существенно меньшую механическую жёсткость. Его модуль Юнга, как сообщается, составляет менее 25 процентов от аналогичных материалов, в то время как его твердость ниже 10 процентов, что позволяет ему легче деформироваться под приложенным давлением.

Несмотря на эту механическую податливость, электролит остается в форме неорганического порошка, а не ведет себя как гель. Это позволяет совместимость с промышленными процессами, такими как рулонное производство и валицирование под высоким давлением, избегая чрезмерной текучести материала во время обработки. С использованием метода сухой фабрикации, подходящего для масштабированного производства, исследовательская группа собрала небольшие ячейки твердотельных батарей в форме пакетиков, встраивающие катоды с ультравысоким содержанием никеля и аноды из литий-металла.

Электрохимическое тестирование показало, что электролит обеспечивает ионную проводимость выше 2 миллисименса на сантиметр при комнатной температуре, превышая уровень, который обычно считается необходимым для практической работы батареи. Эти комбинированные свойства позволили твердотельным батареям стабильно работать при внешнем давлении в 5 мегапаскалей, что представляет собой значительное сокращение по сравнению с ранее сообщенными требованиями к давлению, при этом сохраняя стабильную работу на протяжении нескольких сотен циклов зарядки-разрядки.

Исследование также рассмотрело стоимость материала. В отличие от сульфидных твердых электролитов, которые зависят от высокочистого литийсульфида, новый электролит использует хлористый цирконий в качестве основного сырья. Исследователи оценивают стоимость материала примерно в 43,70 USD за литр, что ниже 5 процентов стоимости основных сульфидных твердых электролитов.

Согласно замечаниям рецензентов, процитированным авторами, данный прорыв ожидается как важный вклад в исследования твердотельных батарей и может помочь преодолеть разрыв между разработками в лабораторных условиях и масштабным практическим применением.