Опубликованы результаты исследований взаимодействия твердого электролита и электродов в аккумуляторах
Твердотельные аккумуляторы имеют высокую энергетическую плотность, но слабым местом является плохой контакт электродов с электролитом. У аккумуляторных батарей с жидким электролитом проблема контакта не стоит, но жидкость занимает много места и приводит к выходу из строя аккумулятора значительно быстрее. Поэтому сейчас многие исследователи работают над улучшением контакта твердого электролита с электродами на атомном уровне.
Новые исследования в этом направлении провели профессор материаловедения и инженерии университета Иллинойса Пол Браун (Paul Braun), научный сотрудник Бениамин Захири (Beniamin Zahiri) , а также директор по исследованиям в компании Xerion Advanced Battery Corp. Джон Кук (John Cook). Они продемонстрировали, как можно контролировать поверхность контакта между твёрдым электролитом и катодом. Результаты этого исследования они опубликовали в журнале Nature Materials.
Бениамин Захири отметил, что в случае твердотельных аккумуляторов важны не только сами материалы, но также расположение атомов на поверхности этих материалов. В настоящий момент в твердотельных аккумуляторных батареях используются электроды с различным расположением атомов на поверхности. Кажется, что это дает бесконечное количество возможностей для контакта твердотельного электролита с материалом электрода. Однако данных о том, сочетание каких вариантов приводит к увеличению срока эксплуатации, мощности и энергетической плотности пока недостаточно.
Авторы исследования заявляют, что количество циклов заряда и разряда, выдерживаемое аккумулятором до потери ёмкости, зависит от стабильности электролита. По этой причине большинство специалистов стремится в первую очередь найти стабильные материалы для приготовления электролитов. Бениамин Захири считает, что при этом они упускают из вида те процессы, которые происходят на тонкой границе раздела, по которой соприкасается электрод и электролит. И если контакт не эффективен, то стабильность электролита будет оказывать небольшое назначение на срок службы аккумуляторной батареи.
Группа исследователей создала в лабораторных условиях электроды с содержанием ионов лития и натрия, которые имеют определенное расположение атомов. В результате экспериментов им удалось обнаружить зависимость между расположением атомов и характеристиками аккумулятора. Это касается твердотельных литиевых и натриевых батарей. Они сделали вывод, что контроль площади поверхности соприкосновения и расположение атомов является ключом к пониманию энергоёмкости и нестабильности таких электрохимических систем.
Джон Кук по результатам исследования сказал, что понимание процессов в структуре поверхности раздела между твёрдым электролитом и электродом позволит найти оптимальное сочетание материалов и расположения атомов. Соавтор работы профессор машиностроения и инженерии Элиф Эртекин (Elif Ertekin) со своей группой заявила, что необходимо провести атомное моделирование. По её мнению, это позволит создать более качественные электролиты в будущем.
Пол Браун считает, что результаты эксперимента научат их многому. Он отметил, что они не пытаются изобрести новые варианты твердых электролитов. Сейчас с этим хорошо справляются с помощью уже разработанных методик. Их работа позволяет более точно измерить межфазные свойства новых материалов.
(голосов: 1, в среднем: 5,00 из 5)
Загрузка...
