Высокие характеристики отдельного материала еще не гарантируют появления хорошего аккумулятора. В полноценном элементе возникают зазоры между частицами, химические реакции на границах материалов и механические деформации при зарядке, способные нарушить движение ионов и электронов.
Именно эту проблему изучает лаборатория STAR Национальной лаборатории Ок-Ридж. Основное внимание исследователи уделяют твердотельным аккумуляторам с сульфидными электролитами и серным электродам — технологиям, потенциально способным повысить плотность энергии батарей.
Сульфидные твердые электролиты хорошо проводят ионы лития и способны деформироваться под давлением, сохраняя контакт между частицами. Однако в отличие от жидкости они не могут самостоятельно заполнять появляющиеся при работе батареи зазоры. Серные электроды сталкиваются с другой проблемой: сама сера плохо проводит электричество, а увеличение толщины электрода дополнительно осложняет перенос заряда.
Поэтому в STAR исследуют не отдельные материалы, а полноценные аккумуляторные элементы. Ученые меняют толщину электродов, давление, температуру и режимы зарядки, а затем с помощью нейтронной и рентгеновской визуализации, спектроскопии и микроскопии наблюдают, что именно происходит внутри батареи при ухудшении ее характеристик.
Главная задача проекта — выявлять подобные проблемы до начала массового производства. Исследователи рассчитывают определить, какие перспективные аккумуляторные технологии действительно можно масштабировать, а какие демонстрируют впечатляющие характеристики только в небольших лабораторных образцах.
