Учені з Ок-Ріджської національної лабораторії (Oak Ridge National Laboratory, ORNL), яка підпорядковується Міністерству енергетики США, презентували прорив у сфері твердотільних акумуляторів. Їм вдалося розробити полімерний електроліт, що забезпечує надзвичайно швидкий рух іонів літію, відкриваючи перспективи для створення більш безпечних, ефективних і швидкозарядних батарей.
Новий полімер: поєднання гнучкості та високої провідностіБільшість сучасних літій-іонних акумуляторів використовують рідкі електроліти, які легко займаються та можуть спричинити серйозні аварії. Твердотільні батареї вважаються безпечнішими, проте іони літію у твердій структурі рухаються надто повільно. Досі науковці змушені були обирати між крихкою, але провідною керамікою та гнучкими полімерами з низькою провідністю.
Команда ORNL вирішила цю дилему, створивши новий полімерний матеріал, який поєднує гнучкість із винятковою іонною провідністю. В основі інновації — введення до складу полімеру спеціальних біполярних іонів, так званих цвіттеріонів, які формують у середині матеріалу зони з високою полярністю.
Іонні кишені та прискорення руху іонівЗавдяки точному налаштуванню концентрації цвіттеріонів у полімері вчені домоглися появи «іонних кишень» — областей, які утворюють розгалужену мережу каналів для іонів літію. У цих «тунелях» іони переміщуються в мільярди разів швидше, ніж це було можливо у попередніх полімерних електролітах.
«При правильній концентрації ці кишені не просто існують самі по собі, а з’єднуються в розгалужену мережу каналів. Усередині цих тунелів іони літію можуть рухатися в мільярди разів швидше, ніж зміщується сама структура полімеру. Це фактично знімає обмеження, які раніше робили полімерні електроліти непридатними для швидкої зарядки». Наступні кроки: штучний інтелект та масштабування розробкиДослідники планують задіяти суперкомп’ютери та штучний інтелект для моделювання поведінки нових матеріалів на атомному рівні. Це допоможе зрозуміти, як «іонні канали» функціонують під час довготривалої експлуатації, а також знайти способи масштабування виробництва без втрати унікальних властивостей.
Якщо технологія буде впроваджена у виробництво, майбутні акумулятори стануть не лише безпечнішими та стійкішими до низьких температур, а й дозволять електромобілям заряджатися настільки швидко, як автомобілі з двигунами внутрішнього згоряння заправляються пальним. Поки що це лабораторний прорив, але США зробили ще один крок до створення ідеального акумулятора нового покоління.
Паралельно з цими дослідженнями американські науковці досягають нових висот у космічній сфері: нещодавно місія Artemis II успішно повернулася на Землю, встановивши рекорди у пілотованих польотах.
