Учёные ускорили зарядку литиевых батарей в 10 раз, изменив текстуру металла и добавив кремниевый слой
Учёные из Чикагского университета совершили прорыв в области разработки аккумуляторов для электромобилей, мобильных устройств и систем хранения возобновляемой энергии. Исследователи обнаружили, что текстура металлов, используемых в батареях, играет ключевую роль в их производительности. Это открытие может значительно улучшить характеристики перезаряжаемых металлических аккумуляторов.
Профессор Ширли Менг из Лаборатории хранения и преобразования энергии Чикагского университета отметила, что мягкие металлы, такие как литий и натрий, обладают отличными свойствами для использования в качестве отрицательных электродов батарей. Однако до сих пор влияние ориентации зёрен металла, или текстуры, на производительность перезаряжаемых металлических аккумуляторов было недостаточно изучено.
В ходе исследования учёные обнаружили, что добавление тонкого слоя кремния между литиевым металлом и токосъёмником помогает создать желаемую текстуру. Это изменение улучшило скорость заряда-разряда аккумулятора почти в десять раз в твердотельных батареях с использованием литиевого металла.
Идеальная текстура для анода аккумулятора – та, где атомы могут быстро перемещаться вдоль поверхностной плоскости. Это быстрое движение помогает аккумулятору быстрее заряжаться и разряжаться. Исследователи поняли, что различия в поверхностной энергии мягких металлов могут существенно изменить их текстуру, что влияет на плотность мощности батарей.
Для изучения материала группа использовала комбинацию плазменного фокусированного ионного пучка-сканирующего электронного микроскопа (PFIB-SEM) с картированием дифракции обратно рассеянных электронов (EBSD). Эти методы позволили изучить текстуру металлов новыми способами.
Команда исследователей сотрудничает с Лабораторией передовых исследований LG Energy Solution для коммерциализации технологии.
Следующая задача учёных – снизить давление, используемое при тестировании, с 5 мегапаскалей (МПа) до 1 МПа, что является текущим отраслевым стандартом для коммерчески доступных аккумуляторов. Они также планируют изучить влияние текстуры на натрий, который профессор Менг давно исследует как недорогую и легкодоступную альтернативу литию.
Исследователи предполагают, что использование натрия в качестве анода в твердотельных аккумуляторах может привести к прорыву в будущих системах хранения энергии. Это открытие может значительно повлиять на развитие электромобилей, мобильных устройств и систем хранения возобновляемой энергии, сделав их более эффективными и доступными.