Ученые Университета Бат и Чикагского университета штата Иллинойс совершили важное открытие в физике литиевых аккумуляторов — они поняли, что влияет на скорость зарядки батарей и их производительность.
Литиевые аккумуляторы — топливо в паровозе мобильной революции. Они применяются в ноутбуках, планшетах, смартфонах, электромобилях и домашних хранилищах энергии. Но их перезарядка обычно занимает немалое время. И прежде чем разработать ускоренный процесс, ученые должны сперва понять, почему добавление заряженных атомов металла в туннельные структуры батарей повышают их производительность.
В соответствии с недавним открытием, большие ионы металла, например, калия, могут улучшать накопление заряда в батареях, но почему так происходит — до сих пор понятно не было.
Международная команда исследователей провела ряд структурных экспериментов и компьютерных симуляций и впервые обнаружила, почему добавление калия в туннельные структуры оксида марганца настолько положительно сказывается на производительности аккумулятора.
Они обнаружили, что положительно заряженные ионы калия ускоряют движение лития внутри туннелей. А от этого зависит скорость зарядки аккумуляторов.
«Понимание этих процессов важно для будущей разработки конструкции и материалов батареи, и может привести к ускоренному процессу подзарядки. Это положительно отразится на покупателях и индустрии, — говорит профессор Сайфул Ислам из британского Университета Бат. — Создание новых материалов — это ключ к более легким, дешевым и безопасным батареям, в том числе — для производства электрического транспорта, который поможет сократить выбросы углекислого газа».
На смену существующим литий-ионным аккумуляторам могут прийти токопроводящие губки с большой площадью поверхности и высокой скоростью зарядки. Они изготавливаются из «металлоорганических структур», о которых науке известно давно, но раньше никто не рассматривал их с точки зрения электропроводности.