Создать лучшие батареи помогут беспорядочные материалы

Создать лучшие батареи помогут беспорядочные материалы

Исследователи из Массачусетского технологического института установили, что, вопреки расхожему мнению, катоды, изготовленные из беспорядочных литиевых компонентов, более эффективны, чем упорядоченные катоды.

Литиевые батареи, с их исключительной способностью сохранять мощность на фиксированный вес, были основной целью исследования для продвижения их использования во всем, от портативной электроники до электрических автомобилей.

И вот теперь ученые из Массачусетского технологического института и Брукхэйвенской национальной лаборатории обнаружили новое направление для такого рода исследований: использование беспорядочных материалов, которые в целом считались неподходящими для батарей.

В перезаряжаемой литиевой батарее ионы лития, то есть атомы, утратившие электрон и потому несущие чистый заряд, выпускаются из катода батареи во время зарядки и возвращаются в катод с исчерпанием энергии. Эти повторные циклы заставляют электроды сжиматься и расширяться, что приводит к образованию трещин и снижению эффективности со временем.

В современных литиевых батареях катоды обычно изготавливаются из аккуратного прозрачного материала, иногда со слоистой структурой. Когда проявляются небольшие отклонения в упорядоченной структуре, эффективность батареи падает, а потому беспорядочные материалы не рассматривались в поиске альтернатив.

Однако выяснилось, что данная корреляция вовсе не универсальна: определенные виды беспорядка могут обеспечить существенное повышение эффективности катода, как выяснили ученые в ходе лабораторных экспериментов и компьютерного моделирования.

Результаты опубликованы в издании Science.

Профессор материаловедения Гербранд Цедер описал в статье материалы, которые могут выпускать и затем вновь поглощать ионы лития, как своего рода обратимая губка. В современных батареях катоды — слоистые материалы, сделанные из лития и оксидов переходных металлов.

Беспорядочная структура обычно существенно ограничивает подвижность ионов лития, а ведь именно высокая подвижность ионов важна для эффективной перезаряжающейся батареи.

Но оказалось, что существенный избыток лития в материале серьезно все меняет. В обычной упорядоченной структуре существует точный баланс между числом атомов лития и других металлов. «Но при избытке лития образуются новые каналы», отметил Цедер.

Пока беспорядочный материал с излишком лития производит нерегулярные тропы, выяснилось, что эти тропы способны действовать как эффективные каналы для ионов лития. Однако такой материал предоставляет дополнительное преимущество: в то время как нерегулярные каналы обеспечивают подвижность лития, равную той, что наблюдается в слоистом материале, в беспорядочном материале ионы лития не деформируют слои.

Новый материал, а именно оксид лития молибдена хрома в данном эксперименте, обладает весьма высокой размерной стабильностью, сообщил Цедер. У большинства других материалов для литиевых катодов движение ионов приводит к изменению формы. Сокращение и разбухание катодов — основная причина всех проблем, включая усталость материала, которая приводит к разрушению.

И если в слоистых материалах изменение размера может составлять 5-10%, то в новом беспорядочном материале оно не превышает 0,1%, то есть фактически равно нулю.

Цедер заявил, что открытие его группы открывает новые направления поиска еще более эффективных материалов с ранее упущенными возможностями.




!

Если для Вас конкретно эта новость оказалась важной или интересной - пожалуйста, поделитесь ею в своей любимой социальной сети с помощью кнопок, расположенных под этим текстом. Это поможет нам в будущем делать более качественную подборку материалов, исходя из Ваших потребностей\интересов.




Коды для вставки в блог\форум

blog comments powered by Disqus


Вспомним другие новости из этого раздела?


Наука и техника

←+Ctrl+→

Интересные новости
В Оксфорде запустят первый университет на блокчейнеВ Оксфорде запустят первый университет на блокчейне
NASA неправильно считает астероиды?NASA неправильно считает астероиды?
Украинские гидроархеологи нашли в Днепре средневековый корабльУкраинские гидроархеологи нашли в Днепре средневековый корабль
В Мексике найдены окаменелые останки мухи возрастом 90 млн летВ Мексике найдены окаменелые останки мухи возрастом 90 млн лет
NASA показало необычную дюну на МарсеNASA показало необычную дюну на Марсе
Блок рекламы


Похожие новости

Квантовые компьютеры помогут Volkswagen в создании передовых аккумуляторовКвантовые компьютеры помогут Volkswagen в создании передовых аккумуляторов
"Ольха", "Нептун" и "Печора" помогут бойцам ВСУ отбить атаки врага"Ольха", "Нептун" и "Печора" помогут бойцам ВСУ отбить атаки врага
Виртуальные мертвые тела помогут студентам в обученииВиртуальные мертвые тела помогут студентам в обучении
Дроны и нейросети помогут изучить лесаДроны и нейросети помогут изучить леса
С помощью дронов удалось создать трехмерную карту действующего вулканаС помощью дронов удалось создать трехмерную карту действующего вулкана
"Украина сможет создать ракету наподобие Falcon Heavy за 3-5 лет", - председатель Госкосмоса"Украина сможет создать ракету наподобие Falcon Heavy за 3-5 лет", - председатель Госкосмоса
ОАЭ планируют создать первый госпиталь в космосеОАЭ планируют создать первый госпиталь в космосе
Аватары помогут пациентам психиатрических клиник справляться с галлюцинациямиАватары помогут пациентам психиатрических клиник справляться с галлюцинациями
Журнал Time назвал лучшие технические новинки 2017 годаЖурнал Time назвал лучшие технические новинки 2017 года
Документальные материалы об аварии на ЧАЭС рекомендовали включить в реестр ЮНЕСКО "Память мира"Документальные материалы об аварии на ЧАЭС рекомендовали включить в реестр ЮНЕСКО "Память мира"
Последние новости

Подгружаем последние новости