Японски изследователи са открили начин да удължат живота на батерията стотици пъти, използвайки обикновен калай. Цикълът на живот на новата магнезиево-калаена сплав е повече от 400 пъти по-висок от този на чистия магнезий.
Екип от изследователи от университета Тохоку (Япония) е разработил иновативна технология, която може значително да увеличи дълготрайността и стабилността на твърдотелните батерии на магнезиева основа, съобщи Interesting Engineering.
Тези батерии се считат за една от най-обещаващите алтернативи на настоящите литиево-йонни батерии поради тяхната безопасност и по-ниските разходи за суровини.
Досега основната пречка за широкото им приложение бяха нежеланите химични реакции на границите между вътрешните компоненти на батерията, които бързо влошават нейната производителност и скъсяват живота ѝ.
Японските изследователи обаче са открили, че тези междуфазови реакции не е необходимо да бъдат напълно елиминирани – с подходящ контрол те могат да бъдат трансформирани в механизъм, който подобрява стабилността на устройството и ускорява йонния транспорт.
За да реализират тази идея, учени, водени от професор Хао Ли, са създали анод, изработен от специална магнезиево-калаена сплав (Mg-Sn). Модифицирането на повърхността и вътрешната структура на анода позволява образуване на стабилно Mg2Sn съединение, което регулира процесите в батерията.
Новата архитектура осигурява идеален баланс между химическата реактивност и проводимостта: магнезиевите йони се движат по-плавно и отлагането им по време на зареждане и разреждане става по-равномерно.
Междуфазовите реакции дълго време се смятаха за дефект, който трябва да се избягва, но изследването показва, че правилното им управление прави батерията да работи много по-ефективно, отбелязва професор Хао Ли.
В сравнителни тестове на различни сплави, оптимизираната Mg-Sn сплав показва изключителни резултати, демонстрирайки стабилна работа в продължение на над 1300 часа при реални условия на работа на твърдотелни батерии.
Освен това, цикличният живот (пълно зареждане след пълно разреждане) на разработената сплав е повече от 400 пъти по-висок от този на чистия магнезий, което показва значително увеличение на потенциалния живот на батерията.
Успехът на японските физици предполага напълно нова стратегия за проектиране за цялата индустрия за съхранение на енергия. Твърдотелните батерии са привлекателни за инженерите, защото замяната на запалим течен електролит с твърд материал елиминира риска от пожар и увеличава енергийната плътност. Въпреки това, високото съпротивление и механичното разграждане на границата между твърдите тела отдавна възпрепятстват напредъка.
Авторите на изследването от Япония подчертават, че бъдещите разработчици на батерии трябва да се съсредоточат не само върху увеличаването на йонната проводимост, но и върху управлението на реакциите на границите.
Предложеният от тях метод за едновременно балансиране на реактивността и йонния транспорт може да бъде успешно приложен към други видове батерии от следващо поколение.
