Нові електроліти можуть стати революцією у виробництві батарей: що придумали вчені
Фізики зробили твердотілий акумулятор із хорошими характеристиками та невисокою собівартістю, що відкриває шлях до впровадження нової технології.
Група вчених повідомила про розробку нового твердого електроліту з винятковою провідністю, який може стати основою для поліпшення акумуляторів. Стаття про дослідження з'явилася в журналі Science.
Найбільшою проблемою сучасних батарей, які використовуються в популярних гаджетах, таких як смартфони, є рідкі електроліти, які можуть загорятися або вибухати. Тому фізики в усьому світі намагаються замінити небезпечні рідини на твердотілі речовини, але вони мають свій великий недолік — низьку іонну провідність, механічну гнучкість і електрохімічну стабільність.
У минулому вчені помітили високий потенціал твердих електролітів на основі хлоридів, які відповідали цим трьом параметрам, ось тільки для виробництва потрібні були дорогі рідкісноземельні метали: ітрій, скандій і елементи лантаноїдів як вторинні компоненти. Цей фактор робить виробництво таких батарей вкрай невигідним для промисловості. До того ж у деяких випадках іонна провідність хлоридних електролітів сильно знижувалася.
Нещодавно команда на чолі з професором Кан Кісуком із Центру досліджень наночастинок Інституту фундаментальних наук (IBS) вивчила розподіл іонів металів у хлоридних електролітах, щоб перевірити теорію, згідно з якою низька провідність пов'язана зі зміною розташування іонів металів. Вона провела експерименти з поширеною сполукою, хлоридом металічного літію, та виявила: коли іони металів розташовувалися поблизу шляху іонів літію, електростатичні сили створювали перешкоди для їхнього руху. І навпаки, якщо щільність іонів металу була занадто низькою, шлях для іонів літію ставав занадто вузьким, що ускладнювало їхнє переміщення.
Дослідники придумали, як виправити ситуацію, щоб розробити твердий електроліт із високою іонною провідністю. Потім вони створили твердотілу літій-метал-хлоридну батарею на основі відносно недорогого цирконію. Це був перший випадок, коли вдалося показати вплив розташування іонів металів на іонну провідність матеріалу.
Дослідження продемонструвало важливу роль розподілу іонів металів в іонній провідності твердих електролітів на основі хлоридів, яку вчені часто не беруть до уваги. Команда очікує, що їхнє відкриття допоможе розробити різні тверді електроліти на основі хлоридів і розвивати впровадження твердотілих батарей на комерційному рівні, щоб у найближчому майбутньому акумулятори стали доступнішими та надійнішими.
"Цей нещодавно відкритий твердий електроліт на основі хлоридів здатний подолати обмеження традиційних твердих електролітів на основі сульфідів і оксидів, наближаючи нас на один крок до широкого розповсюдження твердотілих батарей", — зазначив один із авторів статті Кан Кісук.
Раніше писали, що вчені зі США усунули інший недолік твердотілих батарей — дефекти електролітів. Іноді в плівках матеріалу з'являються крихітні бульбашки, які сповільнюють зарядку. Щоб це виправити, дослідники додумалися піддавати електроліти термічній обробці.