Ученые нашли новый материал для батарей будущего.

Фото: Pixabay

Электроника
Шрифты

Возобновляемые источники энергии, такие как ветер или фотовольтаика, являются периодическими, так как пики выработки ими энергии не обязательно соответствуют пикам спроса. Поэтому необходимо накопление зеленой энергии для отказа от ископаемого топлива. Энергия, произведенная фотоэлектрическими элементами и энергией ветра, должна сохраняться для последующего использования при необходимости.

В настоящее время литий-ионная технология является самой эффективной технологией для накопления энергии на основе аккумуляторов. Литий-ионные аккумуляторы Li-ion используются в мелкой электронике (смартфоны, ноутбуки) и являются лучшими вариантами для электромобилей. Их недостаток? Литий-ионные аккумуляторы могут загореться, например, из-за производственных проблем. Частично это связано с использованием жидких органических электролитов в современных батареях. Эти органические электролиты необходимы для батареи, но очень легко воспламеняются.

Решение? Переключение с жидкого легковоспламеняющегося электролита на твердое вещество (то есть переход на полностью твердотельные батареи). Это очень сложный шаг, поскольку ионы лития в твердых телах менее подвижны, чем в жидкостях. Эта низкая мобильность ограничивает производительность батареи с точки зрения заряда и скорости разряда.

Ученые искали материалы, которые могли бы составлять полностью твердотельные батареи. Исследователи из Католического университета Лувена обнаружили такой материал, как LiTi2(PS4)3 или LTPS. Он имеет самый высокий коэффициент диффузии лития (прямая мера подвижности лития), когда-либо измеренный в твердом теле. LTPS показывает коэффициент диффузии намного выше, чем у любого известного материала.

Эта подвижность лития происходит непосредственно от уникальной кристаллической структуры (то есть расположения атомов) материала LTPS. Этот механизм открывает новые перспективы в области литиевых ионных проводников, и за пределами LTPS открывает путь к поиску новых материалов с аналогичными механизмами диффузии. Дальнейшее изучение и усовершенствование материала необходимы для обеспечения его будущей коммерциализации. Это открытие, тем не менее, является важным шагом в понимании материалов с чрезвычайно высокой подвижностью ионов лития, которые в конечном счете необходимы для полностью твердотельных аккумуляторов будущего. Эти материалы, в том числе LTPS, могут использоваться во многих технологиях, от автомобилей до смартфонов.

Понимание того, как кристаллическая структура диктует ионную диффузию, лежит в основе разработки быстрых ионных проводников. LTPS обладает коэффициентом диффузии ионов лития примерно на порядок выше, чем у современных суперионных проводников лития. Это объясняется наблюдаемой необычной кристаллической структурой LTPS, которая не предлагает правильных тетраэдрических или октаэдрических мест для лития, чтобы выгодно их занимать. Это создает гладкий энергетический ландшафт, напоминающий энергетический ландшафт, присутствующий больше в жидкостях, чем в типичных твердых телах. Этот энергетический ландшафт приводит к высокому коэффициенту диффузии, сочетающему низкую энергию активации с высоким предварительным фактором. Фото: University of Louvain.

Результаты исследования были опубликованы в журнале Chem.

Источник: Phys.org / Université catholique de Louvain