Инновационные твердотельные батареи будут заряжаться быстрее аналогов: в чем секрет

Группа ученых из Университета Дьюка обнаружила, как сделать аккумуляторы более безопасными, быстро заряжающимися быстрее и имеющими более длительный срок службы. Об этом пишет Interesting Engineering.

Прорыв был достигнут благодаря более глубокому пониманию движения лития на атомном уровне в перспективном материале для твердотельных аккумуляторов — хлориде лития фосфора и серы (Li6PS5Cl). Для этой цели ученые провели нейтронное рассеяние в Национальной лаборатории Оук-Ридж.

Хлорид лития фосфора и серы (Li6PS5Cl) — это тип материала для твердотельных аккумуляторов, известный как суперионное соединение. Суперионные материалы представляют собой промежуточный режим между кристаллическим и жидким состояниями вещества. Для исследования атомной структуры этого материала исследователи использовали нейтроны на установке Spallation Neutron Source (SNS).

Эксперименты были объединены со сложными компьютерными симуляциями, выполненными в Национальном центре энергетических исследований и научных вычислений. Это дало детальное представление на атомном уровне о том, как ведут себя ионы лития в твердом теле.

Ученые обнаружили, что ионы лития перемещаются в этом твердом материале перемещаются так же легко, как и в жидких электролитах. Это имеет решающее значение, поскольку подвижность ионов имеет основополагающее значение для работы батареи.

Для осуществления зарядки и разрядки ионы должны свободно перемещаться между клеммами аккумулятора. Легкость, с которой литий перемещается в этом твердом материале, предполагает потенциал как для более быстрой, так и для более безопасной зарядки.

Данные результаты могут привести к созданию твердотельных электролитов (ТЭ) следующего поколения, которые сочетают в себе преимущества как твердых, так и жидких электролитов.

Хотя SSE предлагают такие преимущества, как более высокая плотность энергии, повышенная безопасность и пониженная горючесть по сравнению с жидкими электролитами, они столкнулись с проблемами из-за более низкой подвижности ионов. Ионы должны свободно перемещаться для зарядки и разрядки, и жидкие электролиты традиционно были более эффективными в этом отношении.

Группа использовала нейтроны для изучения поведения лития, поскольку нейтроны особенно чувствительны к более легким элементам, таким как литий, что дает важную информацию о твердотельном суперионном материале. Используя методы нейтронной спектроскопии в SNS, включая широкополосный угловой прерывательный спектрометр (ARCS) и спектрометр обратного рассеяния (BASIS), ученые измерили и смоделировали диффузию лития, выявив его удивительную легкость перемещения внутри твердого материала.

ранее мы сообщали, что группа исследователей из Йельского университета разработала инновационный "дырявый" аккумулятор, который сгибается на 180 градусов и пропускает воздух.