Электролит больше не разрушается при контакте с воздухом, что значительно упрощает и удешевляет его производство.
Корейские исследователи разработали «универсальный принцип проектирования» для ускорения коммерциализации твердотельных батарей.
В исследовании рассматриваются две основные проблемы, связанные с твердыми электролитами на основе галогенидов: чувствительность к влаге и ограниченная ионная проводимость.
Это новое исследование проведено учеными из Корейского института передовых наук и технологий (KAIST) совместно с группами из Университета Донггук, Университета Ёнсе и Национального университета Чунбук.
Примечательно, что новая конструкция сохраняет структурную целостность при воздействии воздуха, одновременно усиливая поток ионов.
«В этом исследовании представлен новый принцип проектирования материалов, который оптимизирует множество характеристик за счет стратегии структурного проектирования, одновременно улучшающей стабильность на воздухе и ионную проводимость. Он послужит ключевым показателем для будущих исследований и разработок в области твердотельных батарей», — сказал профессор Донг-Хва Со.
Стратегия закрепления кислорода
Твердотельные батареи считаются чудом для безопасности транспортных средств и не воспламеняются.
В современных жидкостных батареях используется легковоспламеняющаяся жидкость, которая может загореться, если батарея повреждена или перегрета.
В твердотельных батареях жидкость заменена твердым, невоспламеняющимся материалом, что делает их гораздо безопаснее.
Однако высокая влажность является одним из факторов, сдерживающих развитие энергетики в будущем. Одного вдоха влажного воздуха достаточно, чтобы разрушить внутреннюю структуру галогенидных электролитов.
В этой новой работе команда разработала принцип проектирования, используя технику, называемую «кислородной привязкой».
Основное внимание было уделено электролитам на основе галогенидов, известным своей высокой ионной проводимостью, но печально известным своей хрупкостью. Эта уязвимость к влаге затрудняет их производство и обращение, поскольку даже кратковременное воздействие воздуха может ухудшить их характеристики.
Для решения этой проблемы в состав был добавлен вольфрам. Он действует как химический якорь, прочно удерживая атомы кислорода в кристаллической структуре электролита.
Новый электролит сохраняет свою структурную целостность даже при воздействии воздуха, что решает проблему стабильности.
Помимо повышения долговечности, исследователи переработали внутреннюю структуру, расширив «каналы» для ионов лития, что позволило им двигаться более свободно. В результате ионная проводимость оказалась в 2,7 раза выше, чем у стандартных версий с твердым электролитом на основе галогенидов. Это показывает, что батарея не только прочнее, но и мощнее, а также заряжается быстрее.
Электролит больше не разрушается при контакте с воздухом, что значительно упрощает и удешевляет его производство.
Универсальное приложение
Ключевое преимущество этой технологии — её универсальность; она не ограничивается только одним типом материала.
Исследователи успешно применили свою стратегию к различным электролитам, включая электролиты на основе циркония, индия, иттрия и эрбия, добившись стабильных результатов по всем параметрам.
Это доказывает, что данный метод является «универсальным принципом проектирования», который можно использовать для модернизации широкого спектра материалов для батарей следующего поколения.
Благодаря такой стабильности воздушного потока и высокой производительности, эта технология приближает «идеальную батарею» к реальности.
Способность сочетать повышенную безопасность с быстрой зарядкой имеет важное значение для будущего электромобилей, робототехники и летающих такси. Эти отрасли нуждаются в батареях, которые были бы легкими, невероятно безопасными и способными к быстрой зарядке.
В конечном итоге, это демонстрирует, что массовое производство огнестойких батарей нового поколения — это уже не просто теория, а коммерчески осуществимая цель.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Advanced Energy Materials.
Sourse: interestingengineering.com
Appreciate the detail without overcomplicating things.