Новый подход к анализу и разработке ионных проводников, ключевого компонента аккумуляторов, может ускорить создание высокоэффективных литиевых батарей, и, вероятно, других устройств для хранения и доставки энергии.
К такому выводы пришла международная команда исследователей из Массачусетского технологического института, Национальной лаборатории Оук-Риджа и ряда учреждений Токио и Мюнхена, сообщает techxplore.com. Свои выводы эксперты представили в Energy and Environmental Science.
Новый подход основан на понимании движения вибраций по кристаллической решетке литий-ионных проводников и соотнесение данных с тем, как процесс подавляет миграцию ионов. Так ученые нашли способ открытия новых материалов с улучшенной мобильностью частиц, обеспечивающей быстроту зарядки и разрядки. Одновременно метод может использоваться для уменьшения реактивности материала электродов, высокие показатели которой снижают срок службы аккумулятора.
На разработку методики, по словам профессора Ян Шао-Хорн из МТИ, ушло около 5 лет. Все началось с попытки ее группы понять и научиться управлять катализаторами расщепления воды и использовать их в ионной проводимости. Обычно для нее используется жидкий электролит. Существуют многообещающие твердые решения, но они оказались нестабильными при одновременном контакте с положительными и отрицательными частицами. Команда предложила более эффективный способ поиска такой структуры.
«Мы поняли, что существует много подходящих материалов, но нет базового принципа, позволяющего рационализировать процесс поиска, — сказала ведущий автор работы, Соксиха Муй. – Мы нашли способ предсказывать, какой материал окажется лучшим».
Ученые обнаружили связь между свойствами решетки и ионной проводимостью. В частности, вибрационную частоту лития можно настраивать. Для этого структура решетки меняется специальными химическими добавками, влияющими на положение атомов. Новая концепция может предоставить мощный инструмент для разработки материалов, необходимых для улучшения свойств батарей и других устройств хранения энергии.