Вчені з університету Чикаго здійснили прорив у галузі розробки акумуляторів для електромобілів, мобільних пристроїв і систем зберігання відновлюваної енергії. Дослідники виявили, що текстура металів, що використовуються в батареях, відіграє ключову роль у їх продуктивності. Це відкриття може значно поліпшити характеристики металевих акумуляторів, що перезаряджаються.
Професор Ширлі Менг з Лабораторії зберігання та перетворення енергії університету Чикаго зазначила, що м’які метали, такі як літій і натрій, мають відмінні властивості для використання в якості негативних електродів батарей. Однак досі вплив орієнтації зерен металу, або текстури, на продуктивність металевих акумуляторів, що перезаряджаються, було недостатньо вивчено.
У ході дослідження вчені виявили, що додавання тонкого шару кремнію між літієвим металом і струмознімач допомагає створити бажану текстуру. Ця зміна покращила швидкість заряду-розряду акумулятора майже вдесятеро у твердотільних батареях з використанням літієвого металу.
Ідеальна текстура для анода акумулятора – та, де атоми можуть швидко переміщатися вздовж поверхневої площини. Цей швидкий рух допомагає акумулятору швидше заряджатися та розряджатися. Дослідники зрозуміли, що відмінності в поверхневій енергії м’яких металів можуть суттєво змінити їхню текстуру, що впливає на щільність потужності батарей.
Для вивчення матеріалу група використовувала комбінацію плазмового фокусованого іонного пучка-скануючого електронного мікроскопа (PFIB-SEM) з картуванням дифракції обернено розсіяних електронів (EBSD). Ці методи дозволили вивчити текстуру металів новими способами.
Команда дослідників співпрацює з лабораторією передових досліджень LG Energy Solution для комерціалізації технології. Наступне завдання вчених – знизити тиск, який використовується під час тестування, з 5 мегапаскалів (МПа) до 1 МПа, що є поточним галузевим стандартом для комерційно доступних акумуляторів. Вони також планують вивчити вплив текстури на натрій, який професор Менг давно досліджує як недорогу та доступну альтернативу літію.
Дослідники припускають, що використання натрію як анод у твердотільних акумуляторах може призвести до прориву в майбутніх системах зберігання енергії. Це відкриття може значно вплинути на розвиток електромобілів, мобільних пристроїв та систем зберігання відновлюваної енергії, зробивши їх більш ефективними та доступними.