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 будущем Земля станет похожа на Венеру - Стивен ХокингВ будущем Земля станет похожа на Венеру - Стивен Хокинг
Ракета-носитель взорвалась в КитаеРакета-носитель взорвалась в Китае
Искусственный интеллект превзошел человека в чтении и понимании текстаИскусственный интеллект превзошел человека в чтении и понимании текста
В Великобритании создали робота для помощи слесарям (ФОТО, ВИДЕО)В Великобритании создали робота для помощи слесарям (ФОТО, ВИДЕО)
Таинственные радиосигналы в космосе могут исходить из-за катастрофических событийТаинственные радиосигналы в космосе могут исходить из-за катастрофических событий
Блок рекламы


Похожие новости

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"
Ученые пытаются выяснить, почему взрываются высокоэнергетические батареиУченые пытаются выяснить, почему взрываются высокоэнергетические батареи
Компании Bigelow и ULA планируют создать орбитальную лунную базу к 2022 годуКомпании Bigelow и ULA планируют создать орбитальную лунную базу к 2022 году
Асфальт помогает заряжать батареи быстрееАсфальт помогает заряжать батареи быстрее
Китайские ученые смогли создать глубоководный агрегат, которым можно управлять дистанционноКитайские ученые смогли создать глубоководный агрегат, которым можно управлять дистанционно
В Австралии хотят создать собственное NASAВ Австралии хотят создать собственное NASA
В Германии ученые создали гибкие солнечные батареиВ Германии ученые создали гибкие солнечные батареи
Помощники врачей: наночастицы помогут успешно трансплантировать органыПомощники врачей: наночастицы помогут успешно трансплантировать органы
Последние новости

Подгружаем последние новости