Учёные в 10 раз ускорили зарядку литиевых батарей, изменив текстуру металла и добавив слой кремния

Исследователи из Чикагского университета совершили важный прорыв в улучшении аккумуляторных технологий для электромобилей, мобильных устройств и систем возобновляемой энергии. Учёные выяснили, что структура металлов, применяемых в батареях, значительно влияет на их эффективность. Это открытие обещает значительно повысить характеристики перезаряжаемых металлических аккумуляторов.

Профессор Ширли Менг из Лаборатории хранения и преобразования энергии при Чикагском университете подчеркнула, что такие мягкие металлы, как литий и натрий, хорошо подходят для использования в роли отрицательных электродов батарей. Однако, до недавнего времени, влияние кристаллической ориентации металлов или текстуры на производительность металлических аккумуляторов оставалось малопонятным.

В ходе эксперимента учёные установили, что добавление тонкого слоя кремния между литиевым материалом и токосъёмником помогает создать нужную текстуру. Это нововведение позволило почти в десять раз увеличить скорость зарядки и разрядки аккумуляторов на основе лития в твердых состояниях.

Наиболее подходящая текстура для анодов аккумуляторов — это такая, где атомы способны быстро перемещаться вдоль поверхностей. Такое движение способствует более быстрому процессу заряда и разряда. Учёные осознали, что вариации в поверхностной энергии мягких металлов могут кардинально изменить их текстуру, что, в свою очередь, влияет на мощность аккумуляторов.

Для обследования материала команда использовала комбинирование плазменного фокусированного ионного пучка-сканирующего электронного микроскопа (PFIB-SEM) с методами картирования дифракции обратно рассеянных электронов (EBSD). Эти подходы позволили взглянуть на текстуру металлов с новой перспективы.

Исследовательская группа сотрудничает с лабораторией LG Energy Solution для внедрения технологии в коммерческую практику.

Следующей целью учёных станет снижение давления, применяемого в тестах, с 5 мегапаскалей (МПа) до 1 МПа, что соответствует современным отраслевым стандартам для серийных аккумуляторов. Кроме того, они планируют изучить влияние текстуры на натрий, который профессор Менг рассматривает как более бюджетный и широко доступный заместитель лития.

Учёные полагают, что использование натрия в качестве анода в твёрдотельных аккумуляторах может стать дальнейшим прогрессом в развитии энергетических систем будущего. Это открытие имеет потенциал существенно повлиять на эволюцию электромобилей, мобильных устройств и систем хранения возобновляемой энергии, делая их ещё более продуктивными и экономичными.

Источник: iXBT