Батареї заряджатимуться ще швидше: вчені навчилися ефективніше переміщати іони літію

Міжнародна команда вчених з Інституту Макса Планка, Кембриджа і Пенсільванського Університету заявила, що змогла створити нові тонкі плівки монокристалічного оксиду, які забезпечують більш швидке переміщення іонів літію. Ця технологія може стати проривом у виробництві більш досконалих акумуляторів, пише SciTechDaily.

Ще 40-х років минулого століття вчені досліджували потенціал оксиду ніобію (T-Nb2O5), для підвищення ефективності батарей. Цей унікальний матеріал має здатність швидко полегшувати рух іонів літію, які є зарядженими частинками, необхідними для роботи батарей. Більш швидкий рух іонів літію призводить до більш швидкої зарядки акумулятора. Однак вирощування цього матеріалу оксиду ніобію в тонкі високоякісні плівки для практичного застосування завжди являло собою серйозну проблему, пов'язану зі складною структурою та існуванням безлічі поліморфів — схожих одна на одну форм оксиду ніобію.

У своїй науковій статті дослідники успішно продемонстрували ріст високоякісних монокристалічних тонких плівок з T-Nb 2O5, збудовані таким чином, що іони літію можуть рухатися ще швидше по вертикальних іонно-транспортних каналах завдяки явищу інтеркаляції, коли одні частинки тимчасово поміщаються між іншими. Дослідницька група також продемонструвала перебудовувану роботу тонкоплівкових пристроїв за низької напруги, змінивши хімічний склад "затворного" електрода, компонента, який керує потоком іонів у пристрої, що ще більше розширює потенційні сфери застосування.

Дослідники виявили множинні раніше невідомі переходи в структурі матеріалу при зміні концентрації іонів літію. Ці переходи змінюють електронні властивості матеріалу, дозволяючи йому перетворитися з ізолятора на метал, а це означає, що він переходить від блокування електричного струму до його провідності. Успіх цього дослідження залежав від спільних зусиль трьох міжнародних груп, кожна з яких внесла свій унікальний досвід: тонкі плівки з Інституту фізики мікроструктур Макса Планка, батареї з Кембриджського університету та теоретичні ідеї з Пенсильванського університету.

"Ми знайшли спосіб переміщати іони літію таким чином, щоб не порушувати кристалічну структуру тонких плівок T-Nb2O5, що означає, що іони можуть рухатися значно швидше", — каже Ендрю Рапп з Пенсільванського університету. "Цей різкий зсув відкриває низку потенційних можливостей у сфері енергозбереження та швидкого заряджання акумуляторів", — зазначив учений.

Раніше Фокус писав, що вчені створили особливу повітряну батарею, яка дасть змогу гаджетам працювати довше. Твердотільна повітряна батарея має в якості електроліту полімер під назвою нафіон, яким замінили звичайний рідкий електроліт.