Батареи будут заряжаться еще быстрее: ученые научились эффективнее перемещать ионы лития

Международная команда ученых из Института Макса Планка, Кембриджа и Пенсильванского Университета заявила, что смогла создать новые тонкие пленки монокристаллического оксида, которые обеспечивают более быстрое перемещение ионов лития. Эта технология может стать прорывом в производстве более совершенных аккумуляторов, пишет SciTechDaily.

Еще 40-х годов прошлого века ученые исследовали потенциал оксида ниобия (T-Nb2O5), для повышения эффективности батарей. Этот уникальный материал обладает способностью быстро облегчать движение ионов лития, которые являются заряженными частицами, необходимыми для работы батарей. Более быстрое движение ионов лития приводит к более быстрой зарядке аккумулятора. Однако выращивание этого материала оксида ниобия в тонкие высококачественные пленки для практического применения всегда представляло серьезную проблему, связанную со сложной структурой и существованием множества полиморфов — похожих друг на друга форм оксида ниобия.

В своей научной статье исследователи успешно продемонстрировали рост высококачественных монокристаллических тонких пленок из T-Nb 2O5, выстроенные таким образом, что ионы лития могут двигаться еще быстрее по вертикальным ионно-транспортным каналам благодаря явлению интеркаляции, когда одни частицы временно помещаются между другими. Исследовательская группа также продемонстрировала перестраиваемую работу тонкопленочных устройств при низком напряжении, изменив химический состав "затворного" электрода, компонента, который управляет потоком ионов в устройстве, что еще больше расширяет потенциальные области применения.

Исследователи обнаружены множественные ранее неизвестные переходы в структуре материала при изменении концентрации ионов лития. Эти переходы изменяют электронные свойства материала, позволяя ему превратиться из изолятора в металл, а это означает, что он переходит от блокирования электрического тока к его проводимости. Успех этого исследования зависел от совместных усилий трех международных групп, каждая из которых внесла свой уникальный опыт: тонкие пленки из Института физики микроструктур Макса Планка, батареи из Кембриджского университета и теоретические идеи из Пенсильванского университета.

"Мы нашли способ перемещать ионы лития таким образом, чтобы не нарушать кристаллическую структуру тонких пленок T-Nb2O5, что означает, что ионы могут двигаться значительно быстрее", — говорит Эндрю Рапп из Пенсильванского университета. "Этот резкий сдвиг открывает ряд потенциальных возможностей в сфере энергосбережения и быстрой зарядки аккумуляторов", — отметил ученый.

Ранее Фокус писал, что Ученые создали особую воздушную батарею, которая позволит гаджетам работать дольше. Твердотельная воздушная батарея имеет в качестве электролита полимер под названием нафион, которым заменили обычный жидкий электролит.