Новият материал решава проблемите с безопасността и капацитета

Изследователски екип от Университета Тохоку в Япония разработи нова технология за батерии, която обещава да революционизира съхранението на енергия. Учените са създали стабилна молекулярна рамка от фулерени, наречена Mg4C60, която позволява ултрабързо зареждане и значително по-дълъг живот на батериите в сравнение със съвременните литиево-йонни аналози, съобщиха от учебното заведение.

Откритието, публикувано в престижното списание Journal of the American Chemical Society, предлага решение на един от най-големите проблеми в съвременната електроника и електромобилност – ограниченията на графитните аноди.

Край на ограниченията на графита

Масово използваните днес литиево-йонни батерии разчитат на графит като материал за анода. Графитът обаче има физически лимити по отношение на скоростта, с която може да приема заряд. При опит за бързо зареждане често се стига до натрупване на литий върху повърхността на анода (т.нар. литиево покритие), вместо абсорбирането му в структурата. Този процес не само намалява ефективността, но и създава сериозен риск от късо съединение и запалване.

Учените отдавна разглеждат фулерените C60 – молекули с форма на футболна топка, съставени от въглеродни атоми – като перспективна алтернатива. Досега обаче тяхното приложение беше блокирано от ниската им стабилност. В предишни експерименти фулерените се разтваряха в електролита на батерията, което водеше до бързо разрушаване на структурата.

Революционната структура Mg4C60

Екипът от Тохоку е преодолял тази пречка, като е използвал магнезиеви атоми, за да свърже фулереновите молекули в здрава ковалентна рамка.

"Следващите ни стъпки са да разширим тази стратегия за ковалентно свързване към по-широк кръг от фулеренови и въглеродни рамки с цел създаване на фамилия от стабилни материали с висок капацитет, подходящи за бързо зареждащи се батерии", заяви професор Хао Ли от Института за изследвания на материалите (WPI-AIMR), цитиран от пресслужбата на университета.

Новият материал Mg4C60 не само предотвратява разтварянето на анода, но и позволява на лития да се съхранява по начин, който избягва структурните повреди. Тестовете показват, че батериите с този материал поддържат висока енергийна плътност и могат да работят при много по-високи температури – до 90°C, което е непостижимо за стандартните технологии.

Приложение в индустрията

Разработката открива пътя към създаването на по-безопасни и ефективни електрически превозни средства, както и по-трайна потребителска електроника. Изследователите планират да си сътрудничат с индустриални партньори, за да оценят възможностите за масово производство на новия материал и интегрирането му в реални батерийни клетки.