Применение новой теоретической модели позволит ученым быстро подобрать наиболее перспективные материалы для создания подобных источников питания, сообщили в МФТИ.
Ученые из России разработали теоретическую модель, которая позволяет точно оценивать то, насколько эффективным окажется магний-ионный аккумулятор при использовании определенных типов растворителей и электродов. Ее применение позволит ученым быстро подобрать наиболее перспективные материалы для создания подобных источников питания, сообщила в понедельник пресс-служба МФТИ.
«Работа сделана с прицелом на то, чтобы потом сделать скрининг — перебрать множество молекул возможных растворителей, а таких молекул больше сотни. Растворители подбираются так, чтобы емкость не падала после многих циклов работы. Благодаря скринингу мы сможем понять, какие из них лучше для аккумулятора», — пояснил научный сотрудник МФТИ Иван Бакулин, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
В последние годы химики и физики пытаются ликвидировать главные недостатки литий-ионных аккумуляторов двумя путями — совершенствуя устройство уже существующих батарей, а также пытаясь заменить соли редкого и дорогостоящего лития на другие вещества. В частности, ученые сейчас пытаются создать батареи на базе чистого лития, а также различных соединений натрия, серы, калия и других элементов.
Бакулин и его коллега Максим Орехов сделали большой шаг к разработке аккумуляторов, основой для которых станут ионы магния, а не лития. В прошлом ученые уже задумывались о создании подобных источников питания. Но разработки замедляло отсутствие у физиков точных сведений о том, как ведут себя ионы магния, обладающие степенью окисления +2, а не +1, как литий, натрий и другие щелочные металлы.
Магниевая замена для литиевых аккумуляторов
Физики из МФТИ проанализировали последние публикации про магний-ионные батареи в мировых научных журналах и обнаружили, что в них неточно учитывается дальнее взаимодействие зарядов. Ученые предложили более корректную модель, которая лучше описывает данные экспериментов, провели расчеты и подтвердили, что их разработка корректно определяет то, как ведут себя ионы магния и как они взаимодействуют с другими частицами.
Последующие эксперименты с моделью указали на несколько важных направлений исследований, которые сейчас не учитываются при расчете свойств магниевых аккумуляторов. В частности, ученые обнаружили, что характер переноса электронов между ионами сильно зависит от диэлектрической проницаемости растворителя, что в гораздо меньшей степени характерно для литиевых аккумуляторов.
В дополнение к этому разработка позволяет максимально точно просчитывать то, как меняются характеристики электродов и как падает их эффективность по мере эксплуатации батареи из-за формирования на их поверхности прослойки, мешающей движению электронов. По словам исследователей, это дополнительно повышает практическую ценность теоретической модели.
Как надеются ученые, созданная ими модель значительно ускорит подбор наиболее интересных компонентов для создания магний-ионных батарей, а также она позволит инженерам точно определять емкость и другие важные характеристики подобных аккумуляторов.
Применение новой теоретической модели позволит ученым быстро подобрать наиболее перспективные материалы для создания подобных источников питания, сообщили в МФТИ.
Загрузка ...
