В мире, где всё больше устройств питаются от батареек, корейские исследователи сделали шаг, который может кардинально изменить подход к их созданию. Команда из Ульсанского национального института науки и технологий (UNIST) и Корейского института энергетических исследований (KIER) представила первые универсальные принципы проектирования твёрдотельных батарей и даже создала специальный инструмент для их внедрения. По сравнению с этим, наши старые литий-ионные батареи кажутся динозаврами!
Твёрдотельные батареи используют негорючие твёрдые электролиты вместо привычных жидких, что делает их более безопасными и позволяет увеличивать энергетическую плотность. Но вот беда - до сих пор разработка таких батарей была чем-то вроде алхимии, где успех зависел от интуиции и опыта исследователей.
Новая разработка предлагает ясный и строго научный подход. Исследователи определили три ключевых параметра: баланс, перколяцию и нагрузку. Эти параметры позволяют точно настроить пропорции материалов и геометрию ячеек, чтобы получить оптимальную производительность. Результат? Созданная ими батарея показала впечатляющую энергетическую плотность в 310 Втч/кг, обойдя большинство существующих аналогов на рынке.
Балансируем активные материалы и электролиты: новое "порционное правило" устанавливает оптимальное соотношение в 74% активного материала и 26% твёрдого электролита. Не только проходят испытания по выдержке электродов, но и улучшается общее управление плотностями мощности и энергии.
Магия Ещё одного параметра, перколяции, позволяет материалам контактировать, обеспечивая прохождение ионов. Как только частицы "разошлись за рамки" 26% свободного пространства, батарейка попросту перестаёт работать. Третье правило, нагрузочное, устанавливает ограничение на падение напряжения, не превышающее 100 мВ, что определяет оптимальную толщину электрода.
Новаторская платформа "SolidXCell", разработанная на основе этих принципов, позволяет проектировать крайне сложные твёрдотельные батареи интуитивно и системно. И что самое крутое - она бесплатна для исследователей.
Корейские учёные не просто поделились своими открытиями, они идут дальше и создают инженерную фабрику по производству аккумуляторов "Advanced Battery Engineering Foundry" (ABEF). Это будет первая в своем роде лаборатория в Корее, предоставляющая инфраструктуру для прототипирования и анализа всех видов современных батарей.
Источник:
DOI: 10.1038/s41467-024-50075-9
-------------------------------------
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте лайк или напишите комментарий, а также подписывайтесь на наши страницы на других площадках, в том числе на сервисе поддержки авторов Бусти. Ссылки найдёте в описании канала. Заранее спасибо!