Новий матеріал дозволить замінити літій-іонні батареї калієвими: які переваги?

Міжнародна команда науковців відкрила новий матеріал для електродів, який допоможе створити високоефективні калій-іонні акумулятори. Про це дослідженні повідомляє видання Interesting Engineering.

Новий матеріал — нові батареї

Багато з найбільш ефективних калій-іонних акумуляторів в даний час використовують катоди, виготовлені з берлінської біліли, але для підвищення провідності її необхідно змішувати з іншими матеріалами, що ускладнює конструкцію. Науковці знайшли заміну, створивши природно провідний катод з селеніду хрому, який досягає високої продуктивності при вмісті вуглецю менше 10%.

Під час тестів прототип забезпечив ємність 125 мАг/г, що майже досягає його теоретичного максимуму в 127 мАг/г. Шарувата структура матеріалу дозволяє іонам калію плавно переміщатися між шарами під час зарядки та розрядки, завдяки чому матеріал зберіг 85% своєї ємності навіть при швидкій зарядці.

Наступний крок команди — знайти електроліт, який може ще більше підвищити продуктивність акумулятора в майбутніх конструкціях. Експерти очікують, що калій-іонні батареї врешті-решт можуть стати більш доступними і простими у виробництві, ніж літій-іонні, що потенційно дозволить використовувати їх у більш широких сферах, наприклад, для зберігання електроенергії з відновлювальних джерел.

За словами Олексія Ганіна, провідного автора та керівника групи Glasgow ElectroChemistry on Solids (GECOS) в Школі хімії Університету Глазго, результати багатообіцяючі, але продуктивність батареї можна ще більше підвищити, підібравши інший електроліт. На відміну від літій-іонних батарей, які виграють від легкодоступних спеціалізованих електролітів, калій-іонні батареї вимагають додаткових досліджень для розробки високоміцних речовин.

“Електроліти для літій-іонних акумуляторів можна купити в готовому вигляді, але для покращення характеристик електролітів для калій-іонних акумуляторів потрібна додаткова робота. Ми прагнемо співпрацювати з експертами з робототехніки, які можуть допомогти нам протестувати тисячі потенційних хімічних комбінацій, щоб знайти найкращого кандидата для використання в нашій батареї,” — підкреслив Олексій Ганін.

Чому потрібна заміна літій-іонним батареям

Калій-іонні акумулятори стали сильною альтернативою традиційним літій-іонним системам, оскільки калій добувати набагато легше і дешевше. Крім того, такі батареї досить швидко заряджаються в порівнянні з іншими технологіями.

Літій-іонні акумулятори, які тепер широко поширені в пристроях від смартфонів до електромобілів, мають відмінну продуктивність. Однак відносна рідкість літію робить його стратегічно важливим і обмеженим ресурсом, змушуючи шукати альтернативи.

“Калій — набагато більш поширений матеріал, і калій-іонні батареї мають великий потенціал як альтернативний метод зберігання та доставки великих обсягів електроенергії. Впровадження калій-іонних батарей для стаціонарних цілей зберігання може допомогти звільнити літієві ресурси для використання в більш енергоємних мобільних застосунках у майбутньому,” — говорить Олексій Ганін.

У своєму дослідженні науковці додали, що їхня робота просуває ефективні та стійкі рішення для зберігання енергії. Вона показує, що вивчення катодів на основі карбідних металів для калій-іонних акумуляторів може суттєво допомогти у пошуку альтернатив літій-іонним акумуляторам, просуваючи більш стійкі технології зберігання енергії.

Нещодавно в Китаї створили першу калій-іонну батарею для комерційного ринку. Як запевняє компанія Guoxin New Materials, її щільність становить 151 Вт·год/кг, що дозволяє проїхати на електровелосипеді до 150 км.