Незаплановане відкриття: створено новий суперматеріал для батарей товщиною в 4 атоми

Батарея, акумулятор
Фото: unsplash.com

Суперіонний провідник змушує іони срібла рухатися у твердій речовині не гірше, ніж у рідкому електроліті. Але для цього матеріал необхідно сильно нагріти.

Американські вчені відкрили надтонкий матеріал, який дозволить створити інноваційні батареї й інші пристрої для перетворення енергії.

Вони опублікували дослідження в журналі Nature Materials, передає ScienceDaily.

Професор Північно-Західного університету Меркуріос Канадзідіс у співпраці з дослідниками з Аргонської національної лабораторії шукав надпровідник із незвичайними властивостями і несподівано створив інший надматеріал зі срібла, калію та селеніуму (a-KAg3Se2). Його структура складається з 4-х шарів, а товщина становить всього 4 атоми, що дозволяє вперше вивчати рух заряджених частинок у двовимірному просторі.

"На моє превелике розчарування, цей матеріал взагалі не був надпровідником. Але, на мій превеликий подив, він виявився фантастичним прикладом суперіонного провідника", — сказав Канатзідіс.

За допомогою суперіонних провідників заряджені іони переміщаються в твердому матеріалі так само вільно, як і в рідких електролітах, що містяться в батареях. Такий матеріал легко проводить електрику, однак погано проводить тепло, а отже, майже не нагрівається. Обидва ці властивості роблять суперіонних провідників суперматеріалами для пристроїв зберігання та перетворення енергії.

a-KAg3Se2
Структура нового матеріалу a-KAg3Se2

Учені зробили висновок про особливі властивості матеріалу після того, як нагріли його до 232 і 315 градусів за Цельсієм. Вони помітили перехід до симетричнішої структури з чотирьох шарів. Як виявилося, процес зворотний — досить знову знизити та підвищити температуру. Після переходу іони срібла почали погойдуватися точно так само, як якщо б перебували всередині дуже солоного водного електроліту — одного з найшвидших іонних провідників, відомих наразі.

Навіть якщо матеріал, який отримав назву a-KAg3Se2, не зможуть використовувати для виготовлення акумуляторів, він стане в нагоді для вивчення поведінки іонів і створення інших 2D-матеріалів з високою іонною провідністю та низькою теплопровідністю.

"Ці властивості дуже важливі для тих, хто розробляє нові двовимірні тверді електроліти для батарей і паливних елементів", — сказав матеріалознавець Дак Янг Чанг.

Дослідження суперіонного матеріалу можуть бути корисні для розробки нових термоелектриків, що перетворюють тепло на електрику на електростанціях і навіть із вихлопних газів автомобілів. Напрацювання пропонують також використовувати для створення очисних мембран для фільтрів та опріснення води.

Як писали раніше, штучний інтелект допоміг відкрити чотири нові твердотільні матеріали, які проводять іони літію. На думку вчених, вони дозволять зробити надійні й ефективні батареї на основі твердих електролітів.

Писали також, що вчені зробили з "білого графену" надтонкий матеріал для зберігання інформації. У майбутньому з нього зможуть зробити компактні сховища, які замінять традиційні сервери.