149
Зарядка литий-ионных батарей ускорилась в 10 раз: как ученым это удалось
— Финтех и Карты
Открытие позволит повысить не только скорость зарядки, но и плотность батарей, подходящих для электромобилей и другой техники.
В США ученые изменили структуру твердотельных литий-ионных батарей, ускорив зарядку в 10 раз. Они поделились результатами исследования в статье, опубликованной научным журналом Joule.
Исследователи из Чикагского университета обнаружили, что производительность аккумуляторов сильно зависит от текстуры металлов, из которых их производят. Это открытие может значительно улучшить характеристики аккумуляторов, которые используют мобильные устройства, электромобили и другая техника.
Как пояснил доцент Минхао Чжан в комментарии для сайта университета, физики добавили тонкий слой кремния между литиевым металлом и токосъемником, получив нужную текстуру. Благодаря этому скорость заряда и разряда возросла практически в 10 раз.
Свойства мягких металлов, таких как литий и натрий, позволяют использовать их как отрицательные электроды (аноды). Однако применение щелочного металлического анода в полностью твердотельных батареях было очень сложным, особенно при низком давлении. Многие исследования посвящены изучению литиевого покрытия и росту дендритов — твердых отростков, способных сломать конструкцию, но текстуру изучали редко.
В этом случае под «текстурой» подразумевают ориентацию «крупинок» или «зерен» металла, ориентированных в определенном направлении. Для анода идеально подходит структура, когда атомы могут быстро перемещаться в подходящую сторону по плоскости. Чем выше скорость — тем быстрее зарядка и разрядка. Вместе с текстурой мягких металлов изменяется и плотность аккумуляторной мощности.
Для изучения материала ученые использовали комбинацию сфокусированного плазменного ионного пучка-сканирующего электронного микроскопа (PFIB-SEM) с картированием дифракции обратно рассеянных электронов (EBSD). Таким образом текстуру металлов до них еще никто не исследовал.
«Поскольку мы теперь понимаем, как формируется текстура в мягких металлах, мы предполагаем, что металлический натрий предпочитает иметь текстуру для быстрой атомной диффузии. Это означает, что использование натрия в качестве анода батареи в полностью твердотельных батареях может привести к большому прорыву в будущем хранении энергии», — заявил Минхао Чжан.
Теперь в Чикагском университете планируется снизить давление, используемое при тестировании, с 5 мегапаскалей (МПа) до 1 МПа, что является текущим отраслевым стандартом для коммерчески доступных аккумуляторов. Они также собираются экспериментировать с текстурой натрия, считающейся потенциальной дешевой и легкодоступной заменой лития.
По мнению руководителя исследования профессора Ширли Мэнг, создание твердотельных аккумуляторов с натриевым анодом может привести к прорыву в будущих системах хранения энергии. Это открытие может значительно повлиять на развитие электромобилей, мобильных устройств и систем хранения возобновляемой энергии, сделав их более эффективными и доступными.
По материалам: Фокус
Поделиться новостью
