Незапланированное открытие: создан новый суперматериал для батарей толщиной в 4 атома

Батарея, аккумулятор
Фото: unsplash.com

Суперионный проводник заставляет ионы серебра двигаться в твердом веществе не хуже, чем в жидком электролите. Но для этого материал необходимо сильно нагреть.

Американские ученые открыли сверхтонкий материал, который позволит создать инновационные батареи и другие устройства для преобразования энергии.

Они опубликовали исследование в журнале Nature Materials, передает ScienceDaily.

Профессор Северо-Западного университета Меркуриос Канадзидис в сотрудничестве с исследователями из Аргоннской национальной лабораторией искал сверхпроводник с необычными свойствами и неожиданно создал другой сверхматериал из серебра, калия и селениума (a-KAg3Se2). Его структура состоит из 4-х слоев, а толщина составляет всего 4 атома, что позволяет впервые изучать движение заряженных частиц в двумерном пространстве.

"К моему большому разочарованию, этот материал вообще не был сверхпроводником. Но, к моему большому удивлению, он оказался фантастическим примером суперионного проводника", — сказал Канатзидис.

При помощи суперионных проводников заряженные ионы перемещаются в твердом материале так же свободно, как и в жидких электролитах, содержащихся в батареях. Такой материал легко проводит электричество, однако плохо проводит тепло, а значит почти не нагревается. Оба эти свойства делают суперионные проводники суперматериалами для устройств хранения и преобразования энергии.

a-KAg3Se2
Структура нового материала a-KAg3Se2

Ученые сделали вывод об особых свойствах материала после того, как нагрели его до 232 и 315 градусов по Цельсию. Они заметили переход к более симметричной структуре из четырех слоев. Как оказалось, процесс обратим — достаточно снова снизить и повысить температуру. После перехода ионы серебра начали покачиваться точно также, как если бы находились внутри сильно соленого водного электролита — одного из самых быстрых ионных проводников, известных на данный момент.

Даже если материал, получивший название a-KAg3Se2, не смогут использовать для изготовления аккумуляторов, он пригодится для изучения поведения ионов и создания других 2D-материалов с высокой ионной проводимостью и низкой теплопроводностью.

"Эти свойства очень важны для тех, кто разрабатывает новые двумерные твердые электролиты для батарей и топливных элементов", — сказал материаловед Дак Янг Чанг.

Исследования суперионного материала могут быть полезны для разработки новых термоэлектриков, преобразующих тепло в электричество на электростанциях и даже из выхлопных газах автомобилей. Наработки предлагают также использовать для создания очистных мембран для фильтров и опреснения воды.

Как писали ранее, искусственный интеллект помог открыть четыре новых твердотельных материала, проводящих ионы лития. По мнению ученых, они позволят сделать надежные и эффективные батареи на основе твердых электролитов.

Писали также, что ученые сделали из "белого графена" сверхтонкий материал для хранения информации. В будущем из него смогут сделать компактные хранилища, которые заменят традиционные серверы.