Ученые объявили о прорыве в понимании принципов работы батарей, заявив, что это может привести к «значительным скачкам» в повышении их производительности в будущем.
Исследователи из университетов Данди и Уорика в Великобритании впервые определили ключевую роль кислорода в хранении и высвобождении энергии батареи.
Ранее считалось, что в процессе зарядки большая часть активности происходит в металлических элементах внутри батареи, таких как никель, кобальт или железо, а кислород в батарее является «пассивным».
Однако, по словам исследователей, передовое компьютерное моделирование и лабораторные эксперименты показали, что кислород играет гораздо более активную роль в процессе зарядки и разрядки.
Они заявили, что полученные результаты могут привести к разработке батарей для электроники и транспортных средств, которые будут заряжаться быстрее, служить дольше и будут безопаснее в использовании.
«Население всего мира все больше зависит от технологий возобновляемой энергии и передовых систем хранения энергии, начиная от мобильных телефонов в наших карманах и заканчивая автомобилями, на которых мы ездим», — сказал доктор Хришит Баннерджи, физик-теоретик факультета науки, техники и бизнеса Университета Данди.
«Это сделало понимание технологий, лежащих в основе электронных процессов внутри аккумуляторных материалов, все более важным. Данное исследование имеет решающее значение и дает нам новое понимание того, как работают батареи на фундаментальном уровне».
В исследовании сравнивались два основных типа катодов литий-ионных батарей, используемых сегодня, – фосфаты и слоистые оксиды.
Вместе эти типы батарей используются в самых разных областях, включая электромобили и портативную электронику, такую как мобильные телефоны и ноутбуки.
Исследование показало, что, хотя фосфаты демонстрировали незначительное участие кислорода, слоистые оксиды показывали «значительное» извлечение электронов из кислорода.
«Улучшая наши знания о том, что происходит на мельчайшем атомном уровне внутри батарей, мы можем совершить большой рывок в повышении их производительности в реальных условиях», — сказал доктор Баннерджи.
«Современные технологии ограничены пониманием основных физических принципов того, как и почему батареи выходят из строя с течением времени. Эта общая концепция поможет разработать батареи со значительно большим сроком службы».
Полные результаты исследования опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.
