Разработан материал, который может значительно продлить срок службы батарей, а также обеспечить их более высокой емкостью.
Credit: pixabay.com
Инженеры Токийского университета постоянно разрабатывают новые способы улучшения аккумуляторов. Профессор Ацуо Ямада и его команда недавно разработали материал, который может значительно продлить срок службы батарей, а также обеспечить их более высокой емкостью.
От смартфонов до кардиостимуляторов, а теперь даже автомобилей, аккумуляторы питают большую часть нашего мира, и их значимость только продолжает расти. Есть два конкретных аспекта батарей, которые, по мнению многих, нуждаются в улучшении для удовлетворения наших будущих потребностей. Это срок службы батареи, а также ее емкость - сколько заряда она может хранить.
Скорее всего, ваши устройства используют тип аккумулятора, который называется литий-ионный аккумулятор. Но другой вид, основанный на натрии, а не литии, может скоро стать повсеместным явлением. Оба типа аккумуляторов могут хранить и выдавать большой заряд благодаря тому, как составляющие материалы пропускают электроны. Но как в литиевых, так и в натриевых батареях повторяющиеся циклы зарядки и использования могут со временем значительно уменьшить емкость накопителя.
Если бы вы могли заглянуть внутрь типичной батареи, вы бы увидели слои металлического материала. По мере того как батареи заряжаются и разряжаются, эти слои разлагаются и образуют трещины или хлопья - так называемые дефекты упаковки - которые уменьшают способность батарей сохранять и доставлять заряд. Эти дефекты упаковки возникают из-за того, что материал удерживается вместе слабой силой, называемой силой Ван-дер-Ваальса, которая легко преодолевается нагрузкой на материалы во время зарядки и использования.
Ямада и его коллеги продемонстрировали, что если батарея изготовлена из модельного материала - оксида кислорода с окислительно-восстановительным слоем (Na2RuO3) - тогда происходит нечто замечательное. Уменьшается не только ухудшение от циклов зарядки и разрядки, но и самовосстановление слоев. Это потому, что материал, продемонстрированный исследователями, удерживается силой, называемой кулоновским притяжением, которая намного сильнее, чем сила Ван-дер-Ваальса.
«Это означает, что батареи смогут иметь гораздо более длительный срок службы», - сказал Ямада. «Повышение плотности энергии батарей имеет первостепенное значение для реализации электрифицированного транспорта».
Источник: Benoit Mortemard de Boisse, Marine Reynaud, Jiangtao Ma, Jun Kikkawa, Shin-ichi Nishimura, Montse Casas-Cabanas, Claude Delmas, Masashi Okubo, Atsuo Yamada. Coulombic self-ordering upon charging a large-capacity layered cathode material for rechargeable batteries. Nature Communications, 2019; 10 (1) DOI: 10.1038/s41467-019-09409-1
Вас также может заинтересовать: