Согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Nature Materials, ученые обнаружили редкий стеклообразный металл, который может помочь в создании более эффективных батарей. В ходе экспериментов ученые из университета в Сан-Диего и Национальной лаборатории штата Айдахо обнаружили, что при замедлении процесса перезарядки в литиевых батареях им удалось достичь улучшенных характеристик.
Результаты исследования
Ученые заметили, что из-за замедления процесса электроды батареи накапливали атомы неорганизованно. Во время замедленного процесса перезарядки исследователи обнаружили образовавшийся некристаллический стеклообразный литий. Никогда ранее такая форма данного металла не встречалась.
В результате этого эксперимента улучшились характеристики батареи. Исследователи предполагают, что их открытие может быть использовано для выявления других редких стеклообразных металлов.
Как проходит процесс
В процессе зарядки аккумулятора атомы лития оседают на поверхности анода - положительно заряженного конца элемента. Поскольку осадок размещается по неустойчивым схемам, характеристики зарядки часто варьируются.
Исследователи выдвинули гипотезу, что модели выпадения осадка продиктованы накоплением первых нескольких атомов лития, что называется процессом нуклеации.
«Это первоначальное образование может повлиять на производительность, безопасность и надежность батареи», - заявил в пресс-релизе Горак Павар, исследователь из Национальной лаборатории штата Айдахо.
Ученые использовали мощный электронный микроскоп с охлаждением жидким азотом, чтобы наблюдать за началом процесса нуклеации. Компьютерные модели помогли исследователям интерпретировать изображения.
Выводы ученых
Исследователи поняли, что при определенных условиях зарядки вместо кристаллического лития образуется аморфный стеклоподобный металл.
«Настоящая командная работа позволила нам с уверенностью интерпретировать экспериментальные данные при помощи компьютерного моделирования», - сказал Ширли Мэн, профессор наноинженерии в Калифорнийском университете в Сан-Диего.
Ранее ученым приходилось использовать сплавы разных металлов для получения стеклообразных элементов. Последнее открытие знаменательно и тем, что ученые впервые непосредственно наблюдали чистый аморфный металл.
Исследователи обнаружили, что замедленная скорость процесса допускает образование стеклообразного металла. Они первоначально предположили, что более медленная скорость позволит атомам собираться в более жесткие образования.
После использования компьютерных алгоритмов для определения идеальных условий образования стеклообразных металлов ученые успешно изготовили стеклообразные формы еще четырех химически активных элементов. Исследователи предполагают, что улучшение характеристик батареи откроет новые перспективы в создании современных электронных устройств.
