Ученые создали самую тонкую в мире литий-ионную батарею: помог графен

Ученые из университета Манчестера раскрыли, как в самом тонком литий-ионном аккумуляторе накопляется энергия. Ионы лития, которые входят в два слоя, образуют все более плотные, организованные узоры. Об этом пишет портал Interesting Enineering.

"Это понимание процесса интеркаляции на атомном уровне открывает новые возможности для оптимизации литий-ионных аккумуляторов и, возможно, исследования новых материалов для улучшенного хранения энергии" — сообщила профессор Ирина Григорьева, которая руководила группой ученых.

При этом группа ученых отметила, что чем больше ионов лития может поглотить и высвободить аккумулятор, тем больше энергии он хранит. Это исследователи выяснили, изучив двухслойный графен — самый тонкий возможный анод для аккумулятора. Он состоит всего из двух слоев углерода. Графит уже давно используется в качестве анодного материала в литий-ионных аккумуляторах благодаря своей химической стабильности, обратимой интеркаляции, хорошей циклируемости и низкой стоимости. Однако в исследовании ученые заменили обычный графитовый анод на двухслойный графен. Они наблюдали, как ведут себя ионы лития во время интеркаляции.

В результате было обнаружено, что ионы лития не попадают в два слоя одновременно или случайным образом. На самом деле процесс происходит в четыре отдельных этапа, при этом ионы выстраиваются в организованные, постепенно более плотные гексагональные решетки на каждом этапе.

Как сообщает Григорьева, открытие внутриплоскостного размещения было неожиданным. В то же время, оно показало гораздо более высокий уровень взаимодействия между решеткой ионов лития и кристаллической решеткой графена, чем считалось ранее.

Исследование также показало, что двухслойный графен предлагает идеи, но не дотягивает до емкости хранения лития. Двухслойный графен имеет более низкую емкость хранения лития по сравнению с традиционным графитом. Это связано с тем, что он обеспечивает менее эффективное экранирование взаимодействий между положительно заряженными ионами лития, что приводит к более сильному отталкиванию и заставляет ионы держаться дальше друг от друга.

Это открытие предполагает, что использование атомарно тонких металлов может усилить эффект экранирования и потенциально улучшить емкость хранения в будущем. Кроме того, исследование позволяет углубить понимание литий-ионной интеркаляции и обеспечивает основу для разработки более эффективных и устойчивых решений для хранения энергии. Поскольку спрос на улучшенные батареи растет, эти результаты могут повлиять на разработку.

Раньше мы писали об энергии будущего: топ-6 технологий, способных заменить литий-ионные батареи. Аккумуляторные батареи смартфонов и другой техники могут стать более совершенными, но придется подождать как минимум до 2024 года.