| 0 |
|
Сотрудники Molecular Foundry, нанотехнологической лаборатории Минэнергетики США на базе Berkeley Lab, Дэвид Прендергаст (David Prendergast) и Ливэнь Вань(Liwen Wan) использовали суперкомпьютерное моделирование для того, чтобы опровергнуть распространенное заблуждение в отношении магний-ионных батарей — перспективной технологии для нового поколения источников питания повышенной емкости, сниженной себестоимости и более безопасных.
Магниевые батареи являются мультивалентными, то есть, в отличие от литиевых ионов с зарядом +1, используют Mg (+2). В принципе, это означает, что при одинаковой плотности магниевые батареи должны генерировать вдвое больше тока, чем литиевые. Кроме того, они будут безопаснее и дешевле.
К сожалению, дополнительный заряд мультивалентных ионов порождает другие проблемы, сдерживавшие до сих пор разработку магний-ионных батарей.
«Увеличенный заряд мультивалентных ионов привлекает к ним больше внимания —в электролите батареи их окружают другие, противоположно заряженные ионы, и молекулы растворителя. Это может замедлять их движение и вызывать энергопотери при выходе из электролита в электроды, — поясняет Прендергаст. — Тем не менее, мы выяснили, что данная проблема возможно не так серьезна, как это принято считать».
На основании экспериментов по поглощению рентгеновского излучения магнийсодержащими средами, такими как хлорид магния и кристаллы, полученные из электролитов для батарей на базе магния (растворов дихлоро-комплексов) предполагалось, что ионы магния (мономеры и димеры) окружены (или плотно сопровождаются) шестью ближайшими соседями, которыми могут выступать противоположные ионы, такие как хлориды, или молекулы растворителя, в данном случае тетрагидрофурана. Эта массивная шестикратная координационная сфера способна затруднить продвижение ионов магния в жидком электролите.
Используя моделирование молекулярной динамики из первых принципов на суперкомпьютерах вычислительного центра NERSC Berkeley Lab и кластера Vulcan в Molecular Foundry, Прендергаст и Вань установили, что при комнатной температуре ионы магния в жидком электролите сопровождают только четыре ближайших соседа, вместо шести — предпочтительной конфигурации в твердой фазе.
«Это хорошие новости для магниевых батарей, поскольку они означают меньше помех в процессе разрядки и зарядки батарей, — написал Прендергаст в статье, опубликованной в JACS (Journal of the American Chemical Society). — Наши результаты также указывают на то, что проблемы, испытывавшиеся магний-ионными батареями до сих пор, могут быть вызваны не столько самим электролитом, сколько происходящим на интерфейсе между ним и электродом, где ионы магния теряют свои координационные сферы».
По поводу неоднозначных показаний рентгеноструктурного анализа исследователи высказали гипотезу, что они обусловлены образованием в корпусе батарей солевых кристаллов если начальная концентрация хлорида магния близка к пределу растворимости. Локальных флуктуаций концентрации вблизи поверхности электродов может оказаться достаточно для переключения к твердотельной координации и ухудшения работы батарей из-за перевода активного материала в нерастворимую форму.
Авторы надеются, что их выводы станут предупреждением для разработчиков батарей избегать повышенной концентрации ионов магния в электролитах и стимулом для углубленных исследований процессов переключения между фазами с четырех- и шестикратной координацией.
Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI
| 0 |
|
