Ученые из США предположили существование материала, который обладает странными свойствами сохранять и терять электроны без обычных окислительно-восстановительных реакций. По прогнозам это будет происходить в материале на основе фтора.
В обычной батарее, такой как литий-ионная, атомы в ее электродах переключаются с положительного на отрицательный заряд и наоборот, поскольку они теряют или приобретают электроны, когда батарея заряжается или разряжается. Это означает, что атомы материала восстанавливаются или окисляются, что приводит к уменьшению или увеличению объема электродов батареи, в некоторых случаях до 30%. В течение многих циклов зарядки и разрядки это в конечном итоге приводит к растрескиванию электродов и сокращению срока службы и производительности батареи.
Ученые задались вопросом, может ли существовать материал, в котором отрицательные ионы можно заменить электронами? Назвали такие материалы электридами. Они обладают матричной структурой, которая удерживает электроны изолированно от атомов, что дает возможность электронам вести себя как отрицательные ионы и, таким образом, полностью избегать окислительно-восстановительных реакций. Компьютерные расчеты привели исследователей к потенциальным кандидатам в электриды, наиболее многообещающим из которых является дифторкарбен иттрия (Y 2 CF 2 ), который, согласно моделям, может обратимо терять ионы фтора, превращаясь в [Y 2 C] 2+ (e - ) 2 , где два электрона заменить два иона фтора. Более того, команда обнаружила, что ее аккумуляторная система без окислительно-восстановительного потенциала имеет вдвое большую емкость, чем современные коммерческие литий-ионные батареи. Это связано с тем, что преобразование Y 2 C в Y 2 CF 2 сохраняет два иона фтора на каждые три атома-хозяина. Между тем, лучшие литий-ионные батареи содержат один ион лития на каждые три атома-хозяина. Поэтому тем более удивительно, что объем не меняется, поскольку мы увеличиваем количество атомов в электроде на 66%.
Новые аккумуляторы, созданные на основе данной технологии будут более долговечными, и иметь значительно большую емкость.