Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κίνας ανέφεραν μια σημαντική ανακάλυψη που αντιμετωπίζει ένα κεντρικό εμπόδιο στην πρακτική ανάπτυξη μπαταριών λιθίου στερεάς κατάστασης: την εξάρτησή τους από εξαιρετικά υψηλή εξωτερική πίεση κατά τη λειτουργία.
Τα ευρήματα, που δημοσιεύθηκαν στις 8 Ιανουαρίου 2026, στο Nature Communications, περιγράφουν ένα νέο στερεό ηλεκτρολύτη που επιτρέπει σταθερό κύκλο μπαταρίας σε σημαντικά χαμηλότερη πίεση από ό,τι είχε αναφερθεί προηγουμένως.
Οι μπαταρίες λιθίου στερεάς κατάστασης μελετώνται ευρέως για τη δυνατότητά τους να συνδυάζουν υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα με βελτιωμένη ασφάλεια σε σύγκριση με τις συμβατικές μπαταρίες υγρών ιόντων λιθίου.
Η ερευνητική ομάδα, με επικεφαλής τον καθηγητή Ma Cheng, ανέπτυξε έναν νέο ανόργανο στερεό ηλεκτρολύτη που αποτελείται από λίθιο, ζιρκόνιο, αλουμίνιο, χλώριο και οξυγόνο, ο οποίος περιγράφεται χημικά ως 1.4Li2O-0.75ZrCl4-0.25AlCl3.
Σε σύγκριση με τους κύριους ανόργανους στερεούς ηλεκτρολύτες, συμπεριλαμβανομένων των υλικών με βάση το σουλφίδιο, ο νέος ηλεκτρολύτης παρουσιάζει σημαντικά χαμηλότερη μηχανική ακαμψία.
Το μέτρο ελαστικότητας Young αναφέρεται ότι είναι μικρότερο από 25% των συγκρίσιμων υλικών, ενώ η σκληρότητά του είναι κάτω από 10%, επιτρέποντάς του να παραμορφώνεται πιο εύκολα υπό την εφαρμογή πίεσης.
Παρά αυτή τη μηχανική συμμόρφωση, ο ηλεκτρολύτης παραμένει σε μορφή ανόργανης σκόνης αντί να συμπεριφέρεται ως τζελ. Αυτό επιτρέπει τη συμβατότητα με βιομηχανικές διεργασίες όπως η κατασκευή από ρολό σε ρολό και η κυλινδρική επεξεργασία υψηλής πίεσης, αποφεύγοντας την υπερβολική ροή υλικού κατά την επεξεργασία.
H μέθοδος για παραγωγή σε κλίμακα
Χρησιμοποιώντας μια μέθοδο ξηρής κατασκευής κατάλληλη για παραγωγή σε κλίμακα, η ερευνητική ομάδα συναρμολόγησε μικρά στοιχεία μπαταρίας στερεάς κατάστασης τύπου σακούλας που ενσωματώνουν τριαδικές καθόδους εξαιρετικά υψηλής περιεκτικότητας σε νικέλιο και ανόδους λιθίου-μετάλλου.
Ηλεκτροχημικές δοκιμές έδειξαν ότι ο ηλεκτρολύτης παρέχει ιοντική αγωγιμότητα άνω των 2 χιλιοστών του σίμενς ανά εκατοστό σε θερμοκρασία δωματίου, υπερβαίνοντας το επίπεδο που γενικά θεωρείται απαραίτητο για την πρακτική λειτουργία της μπαταρίας.
Αυτές οι συνδυασμένες ιδιότητες επέτρεψαν στις μπαταρίες στερεάς κατάστασης να λειτουργούν σταθερά υπό εξωτερική πίεση 5 μεγαπασκάλ, που αντιπροσωπεύει μια σημαντική μείωση από τις προηγουμένως αναφερόμενες απαιτήσεις πίεσης, διατηρώντας παράλληλα σταθερή απόδοση σε αρκετές εκατοντάδες κύκλους φόρτισης-εκφόρτισης.
Tο κόστος των υλικών
Η μελέτη ασχολήθηκε επίσης με το κόστος των υλικών. Σε αντίθεση με τους στερεούς ηλεκτρολύτες σουλφιδίου που βασίζονται σε σουλφίδιο λιθίου υψηλής καθαρότητας, ο νέος ηλεκτρολύτης χρησιμοποιεί τετραχλωριούχο ζιρκόνιο ως βασική πρώτη ύλη.
Οι ερευνητές εκτιμούν το κόστος των υλικών σε περίπου 43,70 δολάρια ΗΠΑ ανά λίτρο το οποίο είναι κάτω από το 5% του κόστους των στερεών ηλεκτρολυτών σουλφιδίου.
www.worldenergynews.gr
