Учені створили найтоншу у світі літій-іонну батарею: допоміг графен
Тепер стало відомо, що літій-іонні акумулятори, які використовують у смартфонах і електрокарах, зберігають енергію за допомогою інтеркаляції іонів.
Вчені з університету Манчестера розкрили, як у найтоншому літій-іонному акумуляторі накопичується енергія. Іони літію, які входять у два шари, утворюють дедалі щільніші, організовані візерунки. Про це пише портал Interesting Enineering.
"Це розуміння процесу інтеркаляції на атомному рівні відкриває нові можливості для оптимізації літій-іонних акумуляторів і, можливо, дослідження нових матеріалів для поліпшеного зберігання енергії", — розповіла професор Ірина Григор'єва, яка керувала групою дослідників.
При цьому група вчених зазначила, що чим більше іонів літію може поглинути і вивільнити акумулятор, тим більше енергії він зберігає. Це дослідники з'ясували, вивчивши двошаровий графен — найтонший можливий анод для акумулятора. Він складається лише з двох шарів вуглецю.
Графіт уже давно використовують як анодний матеріал у літій-іонних акумуляторах завдяки своїй хімічній стабільності, оборотній інтеркаляції, хорошій циклічності та низькій вартості. Однак у дослідженні вчені замінили звичайний графітовий анод на двошаровий графен. Вони спостерігали, як поводяться іони літію під час інтеркаляції.
У результаті було виявлено, що іони літію не потрапляють у два шари одночасно або випадково. Насправді процес відбувається в чотири окремі етапи, водночас іони шикуються в організовані, поступово щільніші гексагональні решітки на кожному етапі.
Як повідомляє Григор'єва, відкриття внутрішньоплощинного розміщення було несподіваним. Водночас воно показало набагато вищий рівень взаємодії між решіткою іонів літію і кристалічною решіткою графену, ніж вважалося раніше.
Дослідження також показало, що двошаровий графен пропонує ідеї, але не дотягує до ємності зберігання літію. Двошаровий графен має нижчу ємність зберігання літію порівняно з традиційним графітом. Це пов'язано з тим, що він забезпечує менш ефективне екранування взаємодій між позитивно зарядженими іонами літію, що призводить до сильнішого відштовхування і змушує іони триматися далі один від одного.
Це відкриття передбачає, що використання атомарно тонких металів може посилити ефект екранування і потенційно поліпшити ємність зберігання в майбутньому. Крім того, дослідження дає змогу поглибити розуміння літій-іонної інтеркаляції та забезпечує основу для розроблення більш ефективних і стійких рішень для зберігання енергії. Оскільки попит на поліпшені батареї зростає, ці результати можуть вплинути на розробку.
Раніше ми писали про енергію майбутнього: топ 6 технологій, здатних замінити літій-іонні батареї. Акумуляторні батареї смартфонів та іншої техніки можуть стати досконалішими, але доведеться почекати щонайменше до 2025 року.