Гранат может стать идеальным материалом для высокоемких батарей

Сотрудники Окриджской Национальной Лаборатории (штат Теннесси) открыли исключительные свойства гранатового материала LLZO, которые могут способствовать разработке литий-ионных батарей увеличенной энергоемкости.

Многие исследователи пытаются добиться увеличения плотности энергии используя катод из чистого лития, имеющий самую высокую теоретическую емкость, в комбинации с водным электролитом для быстрой транспортировки ионов лития.

Специалисты ORNL считают, что благодаря высокой стабильности в водных средах LLZO может оказаться идеальным материалом для сепаратора — компонента, критически необходимого для реализации подобной батареи. Без такого защитного слоя литий электрода вступает в бурную реакцию при прямом контакте с водой.

Даже наиболее перспективные сепараторы, известные сегодня, такие как LAPT и LISICON, имеют тенденцию разрушаться при эксплуатации батареи в штатном режиме.

Требования к идеальному материалу сепаратора очень жесткие: он должен быть совместим с литиевым анодом и сохранять стабильность в широком диапазоне значений кислотности (pH).

Последнее особенно важно для литий-воздушных батарей с кислой средой электролита. В них до сих пор боролись с порчей сепаратора, разбавляя водный раствор, но это попутно делало батареи больше и тяжелее.

В статье, которая вышла в журнале Angewandte Chemie, рассказывается о том, как исследователи ORNL использовали сканирующую трансмиссионную электронную микроскопию для отслеживания на атомном уровне структурных изменений в кубической решетке LLZO, происходящих при погружении образца в водный раствор. Наблюдения команды свидетельствуют о том, что вещество длительно сохраняет структурную стабильность как в нейтральной, так и в чрезвычайно кислотной среде со значением pH более 14.

Такая устойчивость твердого сепаратора предоставляет разработчикам особо высокоемких батарей, предназначенных для электротранспорта и амортизации флуктуаций энергосети, больше свободы в выборе водных растворов и католита — части электролита, прилегающей к катоду. Авторы статьи намерены продолжить исследования и перейти к тестированию LLZO в составе работающих батарей.

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI