Обычный камень превратили в аккумулятор: как новый электролит изменит индустрию батарей

Исследователи из Технического университета Дании выявили новый материал на основе силикатов горных пород, который в будущем может заменить литий в аккумуляторах. Этот материал может помочь в разработке новых видов устройств хранения энергии — более доступных и нечувствительных к влаге, передает Interesting Engineering.

Силикаты калия и натрия, составляющие горные силикаты, являются одними из самых распространенных минералов на Земле. По словам ученых, этот материал может проводить ионы при высоких температурах и нечувствителен к влаге.

Потенциал силиката калия как твердотельного электролита известен уже давно, но его игнорировали из-за проблем с весом и размером ионов калия, которые движутся медленнее, чем ожидалось, сказал автор исследования Мохамад Хошкалам. Но все же существенным преимуществом нового материала является его нечувствительность к перепадам температур и влажности. Это позволяет формовать из него слой толщиной с бумагу внутри батареи.

Этот недорогой и экологически чистый материал может найти широкое применение. Но ионы в жидких электролитах на основе лития, или твердотельных электролитах, движутся быстрее по сравнению с ионами силикатов горных пород (камней). Это связано с тем, что силикаты горных пород крупнее и тяжелее. Новый способ перемещения ионов в силикатах горных пород движутся быстрее. Однако Хошкалам нашел способ заставить такие ионы двигаться быстрее, чем в электролитах на основе лития.

"Первое измерение компонента батареи показало, что материал имеет очень хорошую проводимость как твердотельный электролит. Но я не могу раскрыть секрет функционирования данного материала, поскольку метод запатентован", — пояснил ученый.

Материал толщиной с бумагу, расположенный между анодом и катодом аккумуляторной батареи, изготовлен из порошка на основе силиката калия и соединения его со связующим веществом и растворителем. Сначала он являет собой жидкий раствор. Чтобы сформировать из него равномерный тонкий слой, раствор раскатывается валиком. Таким образом материал формуется в виде тонких белых лент и сушится в ленточном блоке, способном производить до 10 метров лент за раз. Затем твердотельный электролит перемещается в перчаточный бокс, где он вместе с анодом и катодом собирается в твердотельный аккумуляторный элемент. Однако на сегодняшний день твердотельные аккумуляторы на основе силикатов калия и натрия имеют низкий уровень технологической готовности, так что в продажу они поступят нескоро.

Ученые ожидают, что для интеграции таких батарей, к примеру, в электромобили может потребоваться как минимум 10 лет.

"Мы показали, что можем найти материал для твердотельного электролита, который будет дешевым, эффективным, экологически чистым и масштабируемым — и который даже работает лучше, чем твердотельные электролиты на основе лития", — подчеркнул Хошкалам.