Исследователи из Мюнхенского технического университета (TUM) и TUMint.Energy Research представили революционный материал для твердотельных аккумуляторов, который установил новый мировой рекорд по проводимости литий-ионных батарей. Это открытие имеет потенциал преобразовать технологии хранения энергии, предлагая более быстрые и эффективные батареи для будущего.
Твердотельные аккумуляторы рассматриваются как ключевое решение для повышения безопасности и ёмкости хранения энергии. В отличие от традиционных литий-ионных аккумуляторов, которые используют легко воспламеняющиеся жидкости, твердотельные батареи лишены этого недостатка и могут обеспечивать гораздо большую плотность энергии. Однако их широкое применение ограничивается недостаточной проводимостью и медленной скоростью зарядки.
Теперь, благодаря усилиям группы ученых под руководством профессора Томаса Ф. Фесслера, был создан новый материал, состоящий из лития, сурьмы и скандия, который позволяет ионам лития двигаться более чем на 30% быстрее, чем любые другие существующие альтернативы. Это достижение обеспечивает рекордную проводимость, что значительно ускоряет зарядку и повышает эффективность батарей.
Ключ к этому прорыву — замена части атомов лития на атомы скандия, что изменяет кристаллическую структуру материала. Это создание «вакансий» в кристаллической решетке проводника — пустых пространств, через которые ионы лития могут двигаться с меньшими сопротивлением. Этот новый принцип открывает новые горизонты для создания более эффективных аккумуляторов.
Измеренная проводимость нового материала значительно превышает показатели существующих технологий. Это вызвало необходимость дополнительных проверок и валидации. Для этого исследователи сотрудничали с кафедрой технической электрохимии под руководством профессора Хуберта Гаштайгера. Соавтор исследования, Тобиас Куч, сообщил: «Материал проводит электричество, что привнесло дополнительные сложности в измерение проводимости. Мы адаптировали наши методы, чтобы точно подтвердить результаты.»
Фесслер отметил, что это открытие представляет собой значительный шаг вперед в фундаментальных исследованиях. «Включив в состав скандий, мы нашли принцип, который может быть основой для создания других комбинаций элементов», — сказал он. Исследователи подали заявку на патент, так как их материал, помимо высокой проводимости, обладает термической стабильностью и может быть произведен с использованием проверенных химических методов.
Кроме того, материал может быть использован в качестве добавки к электродам благодаря способности проводить как ионы, так и электроны, что открывает новые перспективы для улучшения твердотельных батарей. В будущем это может привести к созданию более быстрых и безопасных аккумуляторов для электромобилей и других устройств.
Исследование также привело к созданию совершенно нового класса материалов. Цзинвэнь Цзян, первый автор исследования, отметил: «Наша комбинация лития и сурьмы может быть легко адаптирована для литий-фосфорных систем, что может расширить использование технологии в других сферах. Мы уверены, что это открытие окажет влияние на улучшение проводимости в широком спектре других материалов.»
Открытие ученых из TUM открывает перспективы для создания более эффективных и безопасных аккумуляторов, которые могут изменить весь рынок хранения энергии. Несмотря на необходимость дополнительных испытаний, новое вещество обещает стать основой для твердотельных аккумуляторов будущего.
Источник: https://scitechdaily.com/world-record-broken-new-material-revolutionizes-ion-conductivity/
Больше интересного – на медиапортале https://www.cta.ru/