Изследователски екип от Университета Тохоку в Япония е идентифицирал метод за конфигуриране на фулеренови молекули в стабилна рамка за батерийна технология. Тя ще осигури много бързо зареждане, по-голям капацитет и по-продължителен живот на батериите.
Разработката се фокусира върху материал, наречен Mg4C60, който използва ковалентно мостово свързване, за да се справи с проблемите със стабилността в анодите на въглеродна основа. Тази конфигурация позволява литият да се съхранява по начин, който предотвратява структурните повреди, свързани с фулереновите материали в системите за съхранение на енергия.
Повечето съвременни литиево-йонни батерии използват графит като аноден материал. Но графитът има физически ограничения по отношение на скоростта, с която може да приема заряд.
Притеснение относно боравенето с графита е рискът от литиево покритие, което се получава, когато литиевите йони се натрупват върху повърхността на анода, вместо да се абсорбират в структурата му. Това явление може да представлява риск за безопасността и да съкрати живота на батерията.
Учените са търсили алтернативни материали, които да заменят графита. Фулерените, известни още като C60, са идентифицирани като кандидати поради своите химични свойства и способността им да улесняват редокс химията.
Приложението на фулерените в батериите обаче е ограничено – а причината за това е лошата стабилност. В предишни експерименти учените са установили, че тези вещества се разтварят в карбонатния електролит по време на работа на батерията. Разтварянето води до загуба на капацитета на материала и до разрушаване на вътрешната структура.
Изследователският екип от Тохоку се е заел с това, като е създал ковалентно свързана фулеренова рамка, използвайки магнезиеви атоми. Резултатът е появата на материала Mg4C60, при който ковалентното свързване потиска разтварянето и поддържа структурната цялост.
Тестовете сочат, че използването на Mg4C60 може да стане основа за направата на батерии, които поддържат бързо зареждане и имат по-висока енергийна плътност. По-дългият живот на батерийните системи би бил от полза за електрическите превозни средства, потребителската електроника и съхранението на възобновяема енергия.
Професор Хао Ли от Института за изследвания на материалите (WPI-AIMR) заяви, че следващите стъпки включват разширяване на стратегията за ковалентно свързване. Екипът възнамерява да приложи този метод към различни фулеренови и въглеродни рамки.
Целта на учените е да създадат стабилни материали с висок капацитет, подходящи за утрабързо зареждащи се батерии.
Допълнителните планове включват работа с индустриални партньори за изследване на мащабируемостта на новото поколение материали. Интегрирането на въпросните рамки в практически формати ще е стъпка към оценка на тяхната ефективност в енергийни приложения.
