Дни литий-ионных батарей сочтены, заявили немецкие химики
Вынесенное в заголовок смелое утверждение принадлежит немецким ученым из Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана (Ludwig-Maximilians-Universität München, LMU), опубликовавшим в журнале «Frontiers in Chemistry» статью под названием «Поиск подходящей смеси: взаимодействие структуры и ионной проводимости натрия в системе Na5AlS4 – Na4SiS4».
Дословно заявление немцев, размещенное на сайте Мюнхенского университета, звучит так: «Дни обычных литий-ионных батарей сочтены, потому что твердотельные аккумуляторы являются отличной альтернативой».
Хотя литий-ионные аккумуляторы сегодня используются повсеместно, это может скоро измениться, говорят учёные. Батареи с твердыми веществами вместо жидкого электролита придут им не смену. Команда из LMU разработала ряд новых натриевых ионных проводников. Секрет материалов – особый подбор ингредиентов, правильная смесь.
Использование твердого электролита снижает риск возгорания, позволяет экономить на внешней системе контроля температуры и обеспечивает быструю зарядку и разрядку. Новые системы на основе натрия позволят заменить литий, считают авторы. Условием успеха является проводимость, которая должна быть максимально высокой.
Такие материалы как натрий, алюминий, кремний и сера играют важную роль в создании твердых электролитов. Все эти четыре вещества имеются в изобилии и дешевы. Если найти правильные пропорции их смешивания, это может значительно увеличить проводимость твердого электролита. Исследователи во главе с профессором Беттиной Лотч из Института исследований в области химии твердого тела Макса Планка в Штутгарте (Max-Planck-Institut für Festkörperforschung) и химического факультета в LMU в вышеупомянутой публикации описали три новых соединения и определили их электрические свойства. Они обнаружили, что смешивание обоих элементов — алюминия и кремния — с натрием и серой в правильном соотношении создает совершенно новую структуру (Na5AlS4SiS4), которая обладает преимуществами в переносе ионов по сравнению с соединениями, в которых алюминий и кремний смешиваются с натрием и серой по отдельности (Na5AlS4 и Na4SiS4).
В новом химическом соединении ионы натрия могут особенно легко перемещаться через электролит. Теоретические расчеты с использованием так называемого метода Bond Valence Energy Landscapes (BVEL) подтверждают это предположение. Исследователи смогли оптимизировать количество носителей заряда в виде подвижных ионов натрия и создали материал с самой лучшей проводимостью из всех соединений: Na8,5(AlS4)0,5(SiS4)1,5.
«Наши результаты показывают, что взаимодействие концентрации носителей заряда и низкой симметрии ионов натрия может повысить проводимость на несколько порядков», — утверждают авторы.
Ученые представили теоретические наработки новых химических соединений, которые должны позволить заменить литий в аккумуляторах. Не берусь прогнозировать, когда эта теория реализуется на практике. Могу лишь заметить, что современные научные исследования позволяют с оптимизмом смотреть на будущее аккумуляторных технологий и систем накопления энергии.