Інноваційні твердотільні батареї заряджатимуться швидше за аналоги: у чому секрет

Група вчених з Університету Дьюка виявила, як зробити акумулятори безпечнішими, такими, що швидко заряджаються, швидше і мають триваліший термін служби. Про це пише Interesting Engineering.

Прориву було досягнуто завдяки глибшому розумінню руху літію на атомному рівні в перспективному матеріалі для твердотільних акумуляторів — хлориді літію фосфору і сірки (Li6PS5Cl). Для цієї мети вчені провели нейтронне розсіювання в Національній лабораторії Оук-Рідж.

Хлорид літію фосфору і сірки (Li6PS5Cl) — це тип матеріалу для твердотільних акумуляторів, відомий як суперіонна сполука. Суперіонні матеріали являють собою проміжний режим між кристалічним і рідким станами речовини. Для дослідження атомної структури цього матеріалу дослідники використовували нейтрони на установці Spallation Neutron Source (SNS).

Експерименти були об'єднані зі складними комп'ютерними симуляціями, виконаними в Національному центрі енергетичних досліджень і наукових обчислень. Це дало детальне уявлення на атомному рівні про те, як поводяться іони літію в твердому тілі.

Вчені виявили, що іони літію переміщаються в цьому твердому матеріалі так само легко, як і в рідких електролітах. Це має вирішальне значення, оскільки рухливість іонів має основоположне значення для роботи батареї.

Для здійснення зарядки і розрядки іони повинні вільно переміщатися між клемами акумулятора. Легкість, з якою літій переміщується в цьому твердому матеріалі, передбачає потенціал як для більш швидкого, так і для більш безпечного заряджання.

Ці результати можуть призвести до створення твердотільних електролітів (ТЕ) наступного покоління, які поєднують у собі переваги як твердих, так і рідких електролітів.

Хоча SSE пропонують такі переваги, як вища щільність енергії, підвищена безпека і знижена горючість порівняно з рідкими електролітами, вони зіткнулися з проблемами через нижчу рухливість іонів. Іони повинні вільно переміщатися для зарядки і розрядки, і рідкі електроліти традиційно були більш ефективними в цьому відношенні.

Група використовувала нейтрони для вивчення поведінки літію, оскільки нейтрони особливо чутливі до більш легких елементів, таких як літій, що дає важливу інформацію про твердотільний суперіонний матеріал. Використовуючи методи нейтронної спектроскопії в SNS, включно з широкосмуговим кутовим переривчастим спектрометром (ARCS) і спектрометром зворотного розсіювання (BASIS), вчені виміряли і змоделювали дифузію літію, виявивши його дивовижну легкість переміщення всередині твердого матеріалу.

раніше ми повідомляли, що група дослідників з Єльського університету розробила інноваційний "дірявий" акумулятор, який згинається на 180 градусів і пропускає повітря.