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.



Коды для вставки в блог\форум




Интересные новости
Скорость нагрева океана составила 5 атомных бомб в секундуСкорость нагрева океана составила 5 атомных бомб в секунду
Расшифрован геном гигантского кальмара: новые загадкиРасшифрован геном гигантского кальмара: новые загадки
На орбитах ближних звезд найдены суперземлиНа орбитах ближних звезд найдены суперземли
SpaceX взорвала ракету Falcon 9 в рамках теста на безопасностьSpaceX взорвала ракету Falcon 9 в рамках теста на безопасность
Посмотрите на удивительный снимок туманности ОмегаПосмотрите на удивительный снимок туманности Омега
Блок рекламы


Похожие новости

Apple пытается создать замкнутый контур производства, перерабатывая старую элетроникуApple пытается создать замкнутый контур производства, перерабатывая старую элетронику
Батареи электромобилей теперь можно зарядить всего за 10 минутБатареи электромобилей теперь можно зарядить всего за 10 минут
Нобелевскую премию по химии присудили за литий-ионные батареи
Германия и Франция помогут Японии в создании ровера для исследования марсианских лунГермания и Франция помогут Японии в создании ровера для исследования марсианских лун
Оптоволоконные кабели предупредят о землетрясениях и помогут проследить за ледникамиОптоволоконные кабели предупредят о землетрясениях и помогут проследить за ледниками
В Украине планируют создать первый плавучий космодромВ Украине планируют создать первый плавучий космодром
«Отпечатки пальцев» 3D-принтеров помогут найти изготовителя оружия«Отпечатки пальцев» 3D-принтеров помогут найти изготовителя оружия
Ученые призвали создать «ноев ковчег» для микробовУченые призвали создать «ноев ковчег» для микробов
В Африке дроны помогут в борьбе с незаконным рыбным промысломВ Африке дроны помогут в борьбе с незаконным рыбным промыслом
32 лучшие фотографии звездного неба 201832 лучшие фотографии звездного неба 2018
Последние новости

Подгружаем последние новости