Электромобили будут заряжаться за минуты: ученые приблизились к аккумуляторам будущего

Новое исследование проливает свет на последние достижения в разработке многослойных структур щелочных металлов, таких как литий, натрий и калий, в углеродных анодных материалах. Об этом пишет Tech Xplore.

Как отмечают в издании, ранее считалось, что ионы образуют только одноатомные слои в углеродных материалах батарей, таких как графит. Однако в 2018 году исследователи использовали высокоточный электронный микроскоп и обнаружили новую конфигурацию со сверхплотными многоатомными слоями лития, образующимися между двумя слоями графена.

Это открытие положило начало новой области исследований, показав, что такие плотные "сэндвичи" можно изготавливать не только из лития, но и из других, более доступных металлов, таких как натрий. Эти многослойные структуры можно встраивать в различные формы углерода, включая упорядоченный графен, неупорядоченный твердый углерод и нестандартные углеродные сферы.

Согласно теоретическим расчетам, графеновый анод с четырьмя литиевыми слоями может иметь до трех раз большую емкость, чем самый современный графитовый анод. Кроме того, наноканалы и поры, специально разработанные для углеродной матрицы, действуют как "супермагистраль" для ионов. Например, благодаря этому натрий-ионные аккумуляторы на основе твердого углерода сохранили 83% своей емкости после 3000 циклов сверхбыстрой зарядки.

Новая технология также решает проблему возгорания аккумуляторов. Она заставляет металл оседать и растворяться внутри стабильного углеродного каркаса, а не опасно на его поверхности, что устраняет риск короткого замыкания.

По словам ученых, их исследование открывает новые горизонты в энергетическом материаловедении. Команда систематизировала факты, которые доказывают, что ионы можно "упаковывать" в углерод гораздо плотнее, чем считалось ранее.

"На следующем этапе нам нужно перейти от уникальных лабораторных образцов к экономически эффективному и надежному промышленному производству. Сочетание вычислительной науки, передовой аналитики, искусственного интеллекта и химического синтеза обеспечивает инструментарий для превращения этого прорывного исследования в коммерческие продукты, которые будут формировать будущее энергетики", — сказал соавтор исследования.

Фокус также сообщал, что ученые завершили создание первой аккумуляторной системы на основе алюминиево-графитовых двуионных батарей (AGDIB).