Новий матеріал дасть змогу замінити літій-іонні батареї калієвими: у чому переваги

Міжнародна команда вчених відкрила новий матеріал для електродів, який допоможе створити високоефективні калій-іонні акумулятори. Про це дослідження повідомляє видання Interesting Engineering.

Новий матеріал — нові батареї

Багато з найефективніших калій-іонних акумуляторів наразі використовують катоди, виготовлені з берлінської білила, але для підвищення провідності її необхідно змішувати з, що ускладнює конструкцію. Вчені знайшли заміну, створивши катод із селеніду хрому, що природно проводить, і який досягає високої продуктивності за вмісту вуглецю менше 10%.

Під час тестів прототип забезпечив ємність 125 мАг/г, що майже досягає його теоретичного максимуму в 127 мАг/г. Шарувата структура матеріалу дає змогу іонам калію плавно переміщатися між шарами під час заряджання й розряджання, завдяки цьому матеріал зберіг 85% своєї місткості навіть під час швидкого заряджання.

Наступний крок команди — знайти електроліт, який може ще більше підвищити продуктивність акумулятора в майбутніх конструкціях. Експерти очікують, що калій-іонні батареї зрештою можуть стати доступнішими і простішими у виробництві, ніж літій-іонні, що потенційно дасть змогу використовувати їх у ширших галузях, наприклад для зберігання електроенергії з поновлюваних джерел.

За словами Олексія Ганіна, провідного автора і керівника групи Glasgow ElectroChemistry on Solids (GECOS) у Школі хімії Університету Глазго, результати багатообіцяючі, але продуктивність батареї можна ще більше підвищити, підібравши інший електроліт. На відміну від літій-іонних батарей, які виграють від легкодоступних спеціалізованих електролітів, калій-іонні батареї вимагають додаткових досліджень для розробки високопродуктивних речовин.

"Електроліти для літій-іонних акумуляторів можна купити в готовому вигляді, але для поліпшення характеристик електролітів для калій-іонних акумуляторів потрібна додаткова робота. Ми прагнемо співпрацювати з експертами з робототехніки, які можуть допомогти нам протестувати тисячі потенційних хімічних комбінацій, щоб знайти найкращого кандидата для використання в нашій батареї", — підкреслив Олексій Ганін.

Чому потрібна заміна літій-іонним батареям

Калій-іонні акумулятори стали сильною альтернативою традиційним літій-іонним системам, оскільки калій видобувати набагато легше і дешевше. До того ж, такі батареї досить швидко заряджаються порівняно з іншими технологіями.

Літій-іонні акумулятори, які тепер широко поширені в пристроях від смартфонів до електромобілів, мають чудову продуктивність. Однак відносна рідкість літію робить його стратегічно важливим і обмеженим ресурсом, змушуючи шукати альтернативи.

"Калій — набагато поширеніший матеріал, і калій-іонні батареї мають великий потенціал як альтернативний метод зберігання і доставки великих обсягів електроенергії. Впровадження калій-іонних батарей для стаціонарних цілей зберігання може допомогти вивільнити літієві ресурси для використання в більш енергоємних мобільних додатках у майбутньому", — каже Олексій Ганін.

У своєму дослідженні вчені додали, що їхня робота просуває ефективні та стійкі рішення для зберігання енергії. Вона показує, що вивчення катодів на основі карбідів перехідних металів для калій-іонних акумуляторів може істотно допомогти в пошуку альтернатив літій-іонним акумуляторам, просуваючи більш стійкі технології зберігання енергії.

Нещодавно в Китаї створили першу калій-іонну батарею для комерційного ринку. Як запевняє компанія Guoxin New Materials, її щільність становить 151 Втч/кг, що дає змогу проїхати на електровелосипеді до 150 км.