Простое изменение конструкции может решить проблемы твердотельных аккумуляторов

Исследователи из Южной Кореи представили новый подход к проектированию материалов для полностью твердотельных аккумуляторов, который может сделать их безопаснее, производительнее и значительно дешевле без использования дорогих металлов.

Умное структурное перепроектирование может сделать аккумуляторы следующего поколения безопаснее, быстрее и намного дешевле. Автор: Shutterstock

В отличие от традиционных литий-ионных батарей с жидким электролитом, твердотельные аккумуляторы используют твердый электролит, что устраняет риск возгорания. Однако ионы лития в твердой среде движутся медленнее. Команда под руководством профессора Дон-Хва Со из KAIST, объединившая ученых из Сеульского национального университета, Университета Ёнсе и Университета Тонгук, нашла решение этой проблемы.

Исследователи сосредоточились на улучшении путей движения ионов лития в твердом электролите на основе недорогого галогенида циркония. Они применили механизм регуляции кристаллической решетки, вводя в материал двухвалентные анионы, такие как кислород и сера. Это позволило точно настроить внутреннюю структуру, расширив каналы для ионов и снизив энергию, необходимую для их перемещения.

Проверка с помощью синхротронной рентгеновской дифракции и других передовых методов подтвердила эффективность изменений. Добавление кислорода или серы увеличило подвижность ионов лития в 2–4 раза по сравнению с обычными электролитами на основе циркония. При комнатной температуре электролит, допированный кислородом, показал ионную проводимость около 1,78 мСм/см, а серой — примерно 1,01 мСм/см, что соответствует требованиям для практического применения.

«Через это исследование мы представили принцип проектирования, который может одновременно улучшить стоимость и производительность полностью твердотельных батарей с использованием дешевого сырья. Его потенциал для промышленного применения очень высок», — пояснил профессор Дон-Хва Со.

Ведущий автор работы Чже-Сын Ким отметил, что исследование знаменует сдвиг в разработке аккумуляторов: фокус смещается с простого поиска новых материалов к интеллектуальному проектированию структур.

Исследование, проведенное при поддержке Центра продвижения будущих технологий Samsung Electronics и Национального исследовательского фонда Кореи, было опубликовано в журнале Nature Communications 27 ноября 2025 года.