Литиевое открытие. Ученые выяснили, как создать более долговечные аккумуляторы с более быстрой зарядкой
Исследователи из Колумбийского университета (США) выяснили, что ионы лития в электролитах аккумуляторов часто объединяются в кластеры без участия анионов.
Об этом сообщает Interesting Engineering.
Исследование возглавили Ричард Фриснер с кафедры химии, а также Александер Урбан, Лорен Марбелла и Дэниел Стейнгарт из Инженерной школы университета. Результаты моделирования показали, что до 40% ионов лития в стандартных электролитах объединяются в группы из нескольких ионов. Чем выше концентрация соли, тем чаще встречаются такие кластеры. Это ставит под сомнение распространенное представление о том, что в растворе ионы лития по большей части остаются поодиночке.
«Мы обнаружили, что ионы лития в батареях при отсутствии анионов на самом деле объединяются в кластеры и что именно эти кластеры запускают образование защитной пленки на поверхности батареи», — рассказал профессор химии Ричард Фриснер.
Эта пленка, или межфазный слой твердого электролита, образуется на аноде и влияет на долговечность и безопасность аккумулятора. Квантово-химические расчеты показали, что кластеры из нескольких ионов лития обладают особо благоприятными потенциалами восстановления, поэтому они могут служить ключевым промежуточным звеном в формировании этого межфазного слоя.
Для более точного моделирования электролитов в более крупном масштабе команда применила технологию силовых полей с использованием машинного обучения от компании Schrödinger. Результаты расчетов хорошо совпали с обширным массивом экспериментальных данных.
«Прогнозирование этих неожиданных химических процессов с помощью вычислений и их экспериментальное подтверждение демонстрируют, что мы способны точно моделировать скрытые атомные детали аккумуляторов», — отметил Фриснер, который также является соучредителем компании Schrödinger.
Авторы полагают, что это открытие поможет создавать электролиты нового поколения, обеспечивающие более стабильную работу и более быструю зарядку.
Впрочем, пока речь идет лишь о потенциальном применении. На практике улучшенные батареи не были продемонстрированы.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.