Скоро могут быть изобретены новые ёмкие твердотельные батареи

20.03.2019

Учёные из США разработали теорию, которая предполагает возможность настройки и увеличения заряда в керамических аккумуляторах.

Ионная керамика состоит из множества изолированных частиц. Их границы влияют на важнейшие показатели батареи: скорость отдачи энергии, получения и потери заряда. Чтобы иметь возможность регулировать эти характеристики, инженерам необходимо найти способ преодолевать изолирующий эффект границ частиц. Эта проблема стоит перед учёными уже 40 лет. И только в последнее десятилетие физики выяснили, что двумерным материалам также свойственен фазовый переход, как трёхмерным.

На этом изображении разные цвета представляют кристаллографическую ориентацию зерен микрометрового размера, составляющих материал, называемый иттрий-стабилизированный диоксид циркония, используемый в топливных элементах и других энергетических применениях. Серый оттенок представляет зернограничный структурный «беспорядок», а аква и синий оттенок представляют неупорядоченные области. Красный и синий представляют отрицательный заряд.
Credit: Purdue University image/Vikrant Karra and Edwin García

Это открытие позволило профессору Эдвину Гарсии из Университета Пердью вместе с его командой предположить, что на поверхности ионной керамики между её частицами тоже происходит фазовый переход, который раньше оставался незамеченным. Он может воздействовать на изменение заряда и напряжения, структурный беспорядок. Всё это оказывает влияние на свойства, производительность и деградацию материала в масштабе 10 нм и в макромасштабе. В основу этого исследования лёг труд Джона Кана, удостоенного в 1998 г. Национальной научной медали.

Теорию подтвердили путём опытов на цирконии, стабилизированном иттрием, но справедлива она и для других видов керамики. Если исследование окажется применимым на практике, твердотельные батареи смогут заменить литий-ионные. Аккумуляторы из ионной керамики будут легче и безопаснее, что позволит использовать их в разных отраслях производства: от электромобилей до бытовой техники.

Источник: New theory could lead to better batteries, fuel cells