Змінить майбутнє батарей. Вчені вперше підняли залізо на рекордний енергетичний рівень

Команда дослідників зі Стенфорда створила матеріал для літієвих батарей, у якому атоми заліза змогли досягти стану, який раніше вважали недосяжним. Це відкриття може зробити акумулятори потужнішими та дешевшими, адже замість дорогого кобальту чи нікелю можна буде використовувати звичайне залізо.

Учені з’ясували, що залізо може віддавати й повертати назад більше електронів, ніж вважали можливим — не два-три, а п’ять. Це означає, що такі батареї можуть зберігати більше енергії.

Дослідження проводили троє аспірантів Стенфорда — Гарі Рамачандран, Едвард Му та Едер Ломелі. Вони працювали разом із командою з інших університетів та лабораторій у США, Японії та Південній Кореї.

Вчені створили новий матеріал з літію, заліза, сурми та кисню. Важливим став його нанорозмір — частинки мали діаметр лише 300−400 нанометрів, тобто в десятки разів менші, ніж раніше. Такий розмір дозволив зберегти стабільну структуру матеріалу під час заряджання та розряджання.

«Ми побачили, що залізо може зворотно віддавати й повертати п’ять електронів, при цьому кристалічна структура залишається стабільною», — пояснив Едвард Му.

Для підтвердження результатів команда провела аналіз за допомогою моделювання рентгенівських спектрів. З’ясувалося, що до процесу активно долучається не лише залізо, а й кисень.

«Атоми в цьому матеріалі поводяться як єдине ціле», — сказав Едер Ломелі.

Залізо — доступний і дешевий метал, на відміну від кобальту, який коштує дорого і часто добувається в небезпечних умовах. Тому залізні катоди можуть стати екологічнішою і дешевшою альтернативою сучасним батареям.

«Катод на основі заліза з високою напругою може зняти компроміс між потужністю та вартістю», — зазначив Му.

Колишній аспірант Стенфорда Вільям Джент ще у 2018 році припускав, що залізо може працювати на вищих енергетичних рівнях, якщо правильно розташувати атоми. Новій команді вдалося це довести.

«Наше дослідження дає переконливі докази, що залізо може окиснюватися більше ніж на три електрони», — сказав співавтор Вільям Чуєх.