Изменение конструкции может решить угрозу аккумуляторов – прошло исследование
Южнокорейские исследователи из Корейского института передовых технологий (KAIST) разработали инновационный метод синтеза материалов для твердотельных литий-ионных аккумуляторов, который демонстрирует значительное улучшение в безопасности, производительности и экономической эффективности по сравнению с существующими технологиями. Эта работа опубликована в престижном научном журнале Nature Communications, что свидетельствует о её высокой научной значимости.
Твердотельные батареи представляют собой перспективное направление в области аккумулирования энергии благодаря использованию твёрдых электролитов, которые минимизируют риск возгорания, характерный для батарей с жидкими электролитами. Однако ключевым ограничением твердотельных аккумуляторов является относительно низкая ионная проводимость в твёрдой фазе, что снижает их энергетическую плотность и эффективность. Исследовательская группа под руководством профессора Дон-Хва Со предприняла значительные усилия для преодоления этого барьера, сосредоточившись на оптимизации путей миграции ионов лития в электролите.
Учёным удалось разработать новый состав твёрдого электролита на основе циркониевого галогенида с модифицированной кристаллической структурой, включающей добавление двухвалентных анионов, таких как кислород и сера. Эти модификации существенно расширили каналы для движения ионов лития и значительно снизили энергию активации ионного переноса. Экспериментальные исследования с использованием синхротронной рентгеновской дифракции подтвердили значительное улучшение ионной проводимости материала.
Добавление кислорода в состав электролита повысило подвижность ионов лития в 2-4 раза по сравнению с традиционными циркониевыми электролитами. При комнатной температуре полученный материал демонстрирует проводимость около 1,78 мСм/см с кислородом и примерно 1,01 мСм/см с серой, что полностью соответствует требованиям для применения в современных литий-ионных аккумуляторах.
Профессор Дон-Хва Со отметил, что разработанный метод позволяет не только снизить затраты на производство твердотельных батарей, но и значительно улучшить их эксплуатационные характеристики за счёт использования экономически доступных материалов. Ведущий автор исследования, Чже-Сын Ким, подчеркнул, что современная наука переходит от простого поиска новых химических веществ к интеллектуальному дизайну их структуры, что открывает новые возможности для создания высокоэффективных аккумуляторных систем.
Работа была поддержана значительными ресурсами, включая Центр продвижения будущих технологий Samsung Electronics и Национальный исследовательский фонд Кореи, что подчёркивает её стратегическую важность для развития инновационных технологий в области аккумулирования энергии.