Պինդ մարտկոցները վաղուց համարվում են ապագայի գլխավոր տեխնոլոգիաներից մեկը: Դրանք ունակ են պահպանել ավելի շատ էներգիա, լիցքավորվել զգալիորեն ավելի արագ և պոտենցիալ կերպով ավելի անվտանգ են, քան սովորական լիթիում-իոնային մարտկոցները: Սակայն կա մի խնդիր, որը տարիներ շարունակ խանգարում է այս տեխնոլոգիան լաբորատորիաներից զանգվածային արտադրություն փոխադրելուն. մարտկոցի ներսի նյութը կարող է բառացիորեն քայքայվել միկրոսկոպիկ ճաքերի պատճառով:

Այժմ Սթենֆորդի համալսարանի հետազոտողները գտել են փխրուն կերամիկան պաշտպանելու արտասովոր եղանակ: Դրա համար նրանց անհրաժեշտ է եղել ընդամենը մի քանի նանոմետր հաստությամբ արծաթի շերտ:

Ընդամենը 3 նանոմետր հաստությամբ արծաթի շերտ

Փորձարկման ընթացքում հետազոտողներն աշխատել են LLZO նյութի հետ, որը լիթիումի, լանթանի, ցիրկոնիումի և թթվածնի հիմքով կերամիկական պինդ էլեկտրոլիտ է: Դրա մակերեսին քսել են ընդամենը մոտ 3 նանոմետր հաստությամբ արծաթի շերտ: Համեմատության համար՝ մարդու մազի հաստությունը մոտավորապես տասնյակ հազարավոր նանոմետր է: Սակայն ամենահետաքրքիրը տեղի է ունեցել դրանից հետո:

Նմուշները տաքացրել են մինչև մոտ 300 աստիճան Ցելսիուս: Ջերմաստիճանի ազդեցության տակ արծաթի ատոմները սկսել են տեղաշարժվել դեպի կերամիկայի մակերևութային շերտի ներսը: Այնտեղ դրանք փոխարինել են լիթիումի ավելի փոքր ատոմներին ծակոտկեն բյուրեղային կառուցվածքում:

Արդյունքում արծաթը թափանցել է մոտավորապես 20–50 նանոմետր խորության վրա: Ընդ որում, այն հետ չի վերածվել մետաղական արծաթի: Արծաթը պահպանել է դրական լիցքը՝ գոյություն ունենալով Ag⁺ իոնների տեսքով: Հետազոտողները կարծում են, որ հենց այս մանրուքն է ամբողջ էֆեկտի բանալին:

Արծաթը ոչ միայն պատում է կերամիկան, այլև փոխում է դրա հատկությունները

Նմանատիպ նյութերով նախկին փորձարկումներում նույնպես օգտագործվել է արծաթ, սակայն Սթենֆորդի գիտնականներն ընտրել են այլ ճանապարհ: Նրանց հետաքրքրում էին ոչ թե արծաթի մետաղական մասնիկներն ինքնին, այլ էլեկտրոլիտի մակերևութային կառուցվածքում ներդրված Ag⁺ իոնները:

Հետազոտողների կարծիքով՝ արծաթի ավելի խոշոր իոնները փոխում են կերամիկայի տեղային կառուցվածքը և այն դարձնում ավելի քիչ հակված ճաքերի առաջացմանն ու տարածմանը:

Միևնույն ժամանակ, դրանք ունակ են արգելափակել լիթիումի ճանապարհն այն վայրերում, որտեղ արդեն կան միկրոսկոպիկ թերություններ: Սա հատկապես կարևոր է, քանի որ հենց լիթիումի թափանցումն է վնասված հատվածներ, որ կարող է մակերևութային փոքր ճաքը վերածել լուրջ ներքին անսարքության:

Ստացվում է յուրօրինակ պաշտպանիչ պատնեշ. արծաթը չի վերացնում նյութի բոլոր թերությունները, բայց զգալիորեն նվազեցնում է հավանականությունը, որ դրանք սկսեն արագ աճել:

Ամրությունն աճել է գրեթե հինգ անգամ

Էֆեկտը ստուգելու համար գիտնականներն օգտագործել են հատուկ զոնդ՝ սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակի ներսում: Այն թույլ էր տալիս վերահսկելիորեն ազդել կերամիկական էլեկտրոլիտի մակերևույթի վրա և որոշել ճաքի առաջացման համար անհրաժեշտ ուժը:

Արդյունքը նկատելի էր. արծաթով մշակված մակերևույթին անհրաժեշտ եղավ գրեթե հինգ անգամ ավելի շատ մեխանիկական ճնշում՝ քայքայվելու համար: Այլ կերպ ասած՝ արծաթի մի քանի նանոմետրը էապես փոխեց կերամիկայի՝ ճաքերին դիմադրելու ունակությունը:

Պինդ մարտկոցների համար սա կարող է սկզբունքային նշանակություն ունենալ: Դրանց պոտենցիալ առավելությունը ոչ միայն ավելի մեծ տարողունակության, այլև մետաղական լիթիում օգտագործելու և մարտկոցն ավելի արագ լիցքավորելու հնարավորության մեջ է: Սակայն հենց լիցքավորման բարձր արագությունն է լուրջ ծանրաբեռնվածություն ստեղծում փխրուն պինդ էլեկտրոլիտի վրա:

Եթե հաջողվի մակերևույթը դարձնել ավելի կայուն, մարտկոցի քայքայման գլխավոր պատճառներից մեկը կարող է էապես թուլանալ:

Պատրաստի մարտկոցից դեռ հեռու ենք

Այնուամենայնիվ, էլեկտրամեքենաների կամ սմարթֆոնների համար պատրաստի լուծման մասին խոսելն անժամանակ է: Հետազոտությունն անցկացվել է նյութի փոքր հատվածների, այլ ոչ թե լիարժեք չափսի մարտկոցային տարրերի վրա: Գիտնականները դեռ պետք է պարզեն, թե արդյոք հնարավոր է նման մշակումը հավասարաչափ կիրառել մեծ մակերեսների վրա, ինչպես այն կփոխազդի մարտկոցի այլ բաղադրիչների հետ և արդյոք կպահպանի էֆեկտը լիցքավորման հազարավոր ցիկլերից հետո:

Այժմ թիմն արդեն փորձարկումներ է անցկացնում մետաղական լիթիումի հիմքով լիարժեք պինդ մարտկոցների հետ: Հետազոտողները նաև ուսումնասիրում են, թե տարբեր ուղղություններից մարտկոցի վրա ազդող ճնշումն ինչպես է ազդում դրա ծառայության ժամկետի վրա: Բացի այդ, գիտնականները ցանկանում են ստուգել նմանատիպ մոտեցումը նաև այլ պինդ էլեկտրոլիտների, այդ թվում՝ ծծմբի հիմքով նյութերի վրա: