Електромобілі заряджатимуться за хвилини: вчені наблизились до акумуляторів майбутнього
Дослідники розробили метод створення стабільних, безпечних та доступних акумуляторів, що дозволять заряджати електромобілі за лічені хвилини та балансувати енергосистеми, які працюють на відновлюваних джерелах енергії.
Нове дослідження проливає світло на останні досягнення в розробці багатошарових структур лужних металів, таких як літій, натрій і калій, у вуглецевих анодних матеріалах. Про це пише Tech Xplore.
Як зазначають у виданні, раніше вважалося, що іони утворюють лише одноатомні шари у вуглецевих матеріалах батарей, таких як графіт. Однак у 2018 році дослідники використали високоточний електронний мікроскоп і виявили нову конфігурацію з надщільними багатоатомними шарами літію, що утворюються між двома шарами графену.
Це відкриття започаткувало нову галузь досліджень, показавши, що такі щільні "сендвічі" можна виготовляти не лише з літію, а й з інших, більш доступних металів, таких як натрій. Ці багатошарові структури можна вбудовувати в різні форми вуглецю, включаючи впорядкований графен, невпорядкований твердий вуглець та нестандартні вуглецеві сфери.
Згідно з теоретичними розрахунками, графеновий анод з чотирма літієвими шарами може мати до трьох разів більшу ємність, ніж найсучасніший графітовий анод. Окрім того, наноканали та пори, спеціально розроблені для вуглецевої матриці, діють як "супермагістраль" для іонів. Наприклад, завдяки цьому натрій-іонні акумулятори на основі твердого вуглецю зберегли 83% своєї ємності після 3000 циклів надшвидкої зарядки.
Нова технологія також розв’язує проблему загоряння акумуляторів. Вона змушує метал осідати та розчинятися всередині стабільного вуглецевого каркасу, а не небезпечно на його поверхні, що усуває ризик короткого замикання.
ВажливоЗа словами вчених, їхнє дослідження відкриває нові горизонти в енергетичному матеріалознавстві. Команда систематизувала факти, які доводять, що іони можна "упаковувати" у вуглець набагато щільніше, ніж вважалося раніше.
"На наступному етапі нам потрібно перейти від унікальних лабораторних зразків до економічно ефективного та надійного промислового виробництва. Поєднання обчислювальної науки, передової аналітики, штучного інтелекту та хімічного синтезу забезпечує інструментарій для перетворення цього проривного дослідження на комерційні продукти, які формуватимуть майбутнє енергетики", — сказав співавтор дослідження.
Нагадаємо, дослідники перепрофілювали пігмент індиго, який століттями використовували для фарбування тканин, для використання у твердотільних акумуляторах.
Фокус також повідомляв, що вчені завершили створення першої акумуляторної системи на основі алюмінієво-графітових двоіонних батарей (AGDIB).