Батареи нового поколения. Исследователи из Окс7фордского университета и Токийского университета опубликовали 17 декабря отдельные исследования.

Schematic illustration of the SIE solid-state superstructure and properties. The mobile ions (green) diffuse through a network of columns of the organic counterions (orange). Credit: Paul McGonigal.

Исследователи из Оксфордского университета и Токийского университета опубликовали 17 декабря отдельные исследования, раскрывающие достижения в области материалов для батарей нового поколения, которые могут ускорить внедрение электромобилей и систем хранения возобновляемой энергии.Ученые Токийского университета науки продемонстрировали, что натрий-ионные батареи могут заряжаться быстрее, чем обычные литий-ионные элементы при использовании электродов из твердого углерода. Между тем, исследователи Оксфордского университета разработали органические материалы, которые сохраняют ионную проводимость при переходе из жидкого состояния в твердое, решая ключевую проблему безопасности в конструкции батарей.

Натрий превосходит литий в тестах скорости зарядки

Команда профессора Синъити Комабы из Токийского университета науки применила «метод разбавленного электрода» для измерения фундаментальных пределов зарядки материалов из твёрдого углерода. Техника включает смешивание частиц твёрдого углерода с электрохимически инертным оксидом алюминия, что устраняет «ионные заторы», которые обычно возникают при быстрой зарядке в плотных композитных электродах.

С помощью циклической вольтамперометрии и электрохимического анализа исследователи обнаружили, что ионы натрия движутся быстрее, чем ионы лития, через твёрдый углерод. Кажущийся коэффициент диффузии — мера подвижности ионов — был в целом выше для натрия, чем для лития.

«Наши результаты количественно демонстрируют, что скорость зарядки натрий-ионной батареи с анодом из твёрдого углерода может достигать более высоких показателей, чем у литий-ионной батареи», — сказал Комаба. Исследование, опубликованное в журнале Chemical Science, показало, что натрию требуется меньше энергии активации для образования псевдометаллических кластеров внутри нанопор твёрдого углерода, что делает внедрение натрия менее чувствительным к температуре.

Твёрдый электролит сохраняет проводимость при фазовых переходах

Пол Макгонигал из Оксфордского университета и аспирант Джульетт Барклай разработали электролиты на основе циклопропения, которые сохраняют ионную проводимость при затвердевании. Прорыв бросает вызов фундаментальному принципу электрохимии: что ионы испытывают резко сниженную подвижность при замерзании жидкостей.

Исследователи создали дискообразные молекулы с гибкими боковыми цепями, которые самоорганизуются в колонны при затвердевании материала. Структура распределяет положительный заряд по плоской сердцевине, предотвращая захват отрицательных ионов и сохраняя проницаемую среду для движения ионов.

«Мы продемонстрировали, что возможно создавать органические материалы таким образом, чтобы подвижность ионов не замораживалась при затвердевании материала», — сказала Барклай. Исследование, опубликованное в журнале Science, показало последовательное поведение проводимости в жидкой, жидкокристаллической и твёрдой фазах с различными типами ионов.

Эти материалы могут позволить производителям нагревать электролиты до жидкого состояния для сборки батарей, а затем позволить им остывать в стабильные твёрдые вещества, которые устраняют утечку и опасность возгорания при сохранении производительности.

Оксфорд: твёрдый электролит (Science)

https://www.chem.ox.ac.uk/article/new-materials-conduct-ions-in-solids-as-easily-as-in-liquids 

Статья Paul McGonigal и Juliet Barclay: DOI 10.1126/science.adk0786 (полный текст в Science от 18 декабря).

(TUS, Komaba Lab)

https://www.tus.ac.jp/en/mediarelations/archive/20251217_1058.html