Batareyalar getdikcə daha güclü olur. Heydelberqdəki Maks Plank adına Tibbi Tədqiqatlar İnstitutunun tədqiqatçılarının kəşfi indi onlara əhəmiyyətli bir enerji təkan verə bilər.

Maks Plankın direktoru Joachim Spatzın rəhbərlik etdiyi bir qrup, batareya elektrodlarında kontakt materialı kimi istifadə edilən metal yunların xüsusilə metal ionlarının yük daşınmasını əhəmiyyətli dərəcədə sürətləndirdiyini aşkar etdi . Bu, bugünkü standartdan xeyli qalın elektrodlar yaratmağa imkan verir. Bu o deməkdir ki, təmasda olan metalın və enerjinin saxlanmasına kömək etməyən digər materialların təxminən yarısı qənaət edilə bilər və tədqiqatçılara batareyalarda enerji sıxlığını əhəmiyyətli dərəcədə artırmağa imkan verir.

Nəticələr ACS Nano jurnalında dərc olunub .

Status-kvo: Enerji sıxlığı və performans arasında uzlaşma

“Bunun əsası elektrodlarda ionların daşınması zamanı kəşf etdiyimiz əvvəllər naməlum mexanizmdir” dedi Spatz. Batareya elektrodları kontakt materialdan və aktiv materialdan ibarətdir. Kontakt materialı – bu gün bu, litium-ion batareyalarının mənfi terminalı üçün mis folqa və müsbət terminal üçün bir alüminium folqadır – yalnız cərəyanı elektroda və elektroda nəql etməyə xidmət edir.

Aktiv material, doldurma və boşaltma zamanı yükü udan və buraxan faktiki saxlama materialıdır. Bu gün akkumulyator istehsalçıları mənfi terminalda qrafitdən və müsbət terminalda litium olan müxtəlif qeyri-üzvi birləşmələrdən istifadə edirlər. Aktiv material gözeneklidir ki, maye elektrolit ona nüfuz edir.

Bu gün geniş istifadə olunan aktiv materiallar kifayət qədər çox yük udsalar da, ionları çox zəif keçirirlər. İonlar maye elektrolit vasitəsilə aktiv maddəyə köçməlidir. Onlar elektrolit molekullarının qabığına yığıldıqları və müvafiq olaraq həcmli olduqları üçün elektrolitdə ləng hərəkət edirlər. Və onlar aktiv materialın özündə yaxşı irəliləmirlər.

Bu, akkumulyator istehsalçılarını dilemma ilə qarşı-qarşıya qoyur: Ya onlar elektrodları qalınlaşdırırlar ki, onların enerji sıxlığı mümkün qədər yüksək olsun, lakin sonra sözügedən batareyalar tez doldurulub boşaldıla bilməz. Və ya elektrodları son dərəcə incələşdirirlər və sürətli şarj və boşalmaya nail olmaq üçün enerji sıxlığının azalacağını qəbul edirlər. İki xüsusiyyət arasında uzlaşma ilə, batareya istehsalçıları bu gün bir millimetrin onda biri qədər nazik elektrodlara sahib olurlar. Bu, təxminən insan saçının diametrinə uyğundur.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=2793866484&adk=161300458&adf=1100001614&pi=t.ma~as.2793866484&w=540&abgtt=6&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1747930033&rafmt=1&armr=3&format=540×280&url=https%3A%2F%2Ftechxplore.com%2Fnews%2F2025-05-metal-fleeces-boost-battery-energy.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM2LjAuNzEwMy4xMTQiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siQ2hyb21pdW0iLCIxMzYuMC43MTAzLjExNCJdLFsiR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEzNi4wLjcxMDMuMTE0Il0sWyJOb3QuQS9CcmFuZCIsIjk5LjAuMC4wIl1dLDBd&dt=1747930028523&bpp=2&bdt=953&idt=716&shv=r20250520&mjsv=m202505190101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3D594147a00c618f4c%3AT%3D1735548631%3ART%3D1747930029%3AS%3DALNI_MYbuCvlfveSCnpeUIQKyQ2DBT11fQ&gpic=UID%3D00000f84124e2904%3AT%3D1735548631%3ART%3D1747930029%3AS%3DALNI_Maf8g334ShSARz9IhljaNTJv-vUzg&eo_id_str=ID%3D639b28d7655b7aa4%3AT%3D1735548631%3ART%3D1747930029%3AS%3DAA-Afjakj_-HiAALGKSfOxRJbP3s&prev_fmts=0x0%2C1521x730&nras=2&correlator=6605048233863&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=864&u_w=1536&u_ah=816&u_aw=1536&u_cd=24&u_sd=1.25&dmc=8&adx=395&ady=2206&biw=1521&bih=730&scr_x=0&scr_y=0&eid=95353387%2C95360814%2C95361617%2C95360957%2C95360294&oid=2&pvsid=60163434392456&tmod=1683891193&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1536%2C0%2C1536%2C816%2C1536%2C730&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=5204

Yeni yanaşma: ikiqat elektrik qatı vasitəsilə ionların sürətləndirilmiş daşınması

Tədqiqatda, Heidelberg komandası indi elektrodların bu gün adi haldan ən azı on qat daha qalın istehsal oluna biləcəyini və hələ də tez doldurulub boşaldıla biləcəyini göstərdi. Tədqiqatçılar nümayiş etdirdilər ki, litium ionları mis səthdə molekulyar qabığından ayrılır , orada çökür və Helmholtz təbəqəsi kimi tanınan metal səthin altında toplanan elektronlarla ikiqat elektrik təbəqəsi əmələ gətirir.

“Xüsusi hazırlanmış ölçmə qurğusundan və nəzəri hesablamalardan istifadə edərək, litium ionlarının Helmholtz təbəqəsindən elektrolitdən təxminən 56 dəfə daha sürətli hərəkət etdiyini göstərdik” dedi Spatz. “Metal səthlər metal ionları üçün bir növ avtomobil yoludur.”

Metal ionları metal səthlər arasında belə sürətlə miqrasiya etdikdə, bu o deməkdir ki, ionların daşınması üçün aktiv materialı metal avtomobil yolu şəbəkəsi ilə kəsmək məsləhətdir. Spatz və komandasının etdikləri məhz budur. Tədqiqatçılar millimetrin cəmi bir neçə yüzdə biri qalınlığında olan metal saplardan fleeces istehsal etdilər. Daha sonra aktiv materialı metal yununa daxil etdilər. Buna görə də, adi folqa elektrodları üçün tələb olunan misin yarısı qədər mis lazım idi.

Bir elektrod bu gün adi haldan təxminən on dəfə qalın olsa belə, litium ionları hələ də lif vasitəsilə aktiv materiala o qədər sürətlə axır ki, məsələn, elektrik avtomobillərində istifadə üçün kifayətdir. Fleece elektrodları üçün nəticə odur ki, enerji sıxlığı folqa elektrodlarına nisbətən 85%-ə qədər yüksəkdir.

Spatz təbiət nümunəsinə işarə edərək, “Bir materialı iki ölçülü təbəqələr vasitəsilə yüklə təmin etmək heç bir şəkildə səmərəli deyil” deyir: Üç ölçülü gəmilər şəbəkəsi vasitəsilə orqanizmləri qidalandırır. “Bizim texnologiyamızın məqsədi budur: batareyaları səmərəli şəkildə doldurmaq və boşaltmaq üçün istifadə edilə bilən şarj daşıyıcıları üçün 3D təchizat şəbəkəsi.”

Bununla belə, yun elektrodları folqa elektrodlarından nəinki əhəmiyyətli dərəcədə güclüdür, həm də istehsalı daha asan və daha ucuzdur. Çünki bugünkü akkumulyatorların istehsalında istehsalçılar mürəkkəb bir proseslə, bəzən zəhərli həlledicilərdən istifadə edərək, nazik təbəqələrlə aktiv materialı kontakt folqalara tətbiq etməli olurlar. Bunun əksinə olaraq, aktiv material toz şəklində yunlara daxil edilə bilər.

“Quru doldurma ilə, biz yəqin ki, istehsal xərclərinin 30%-dən 40%-ə qədər qənaət edə bilərik və istehsal müəssisələri üçün üçdə bir az yer lazımdır” dedi Spatz.

Tədqiqatçı yun elektrodlarında böyük potensial gördüyü üçün o, məsələn, iri avtomobil istehsalçıları ilə birlikdə bazara hazır olmaq üçün akkumulyator texnologiyasını inkişaf etdirən bir startap qurmuşdur. Spatz əmindir ki, bu da alman istehsalçılarının sürətlə inkişaf edən batareya texnologiyasında rəqabət aparmaq şanslarını artıra bilər.

“Texnologiyamızla Asiya istehsalçılarını yetişdirmək və daha da yaxşı olmaq şansımız var” deyir.

Daha çox məlumat: Yuanzhen Wang et al, Ultrathick Electrodes Enabling Helmholtz Layer in Enhanced Ion Mobility, ACS Nano (2025). DOI: 10.1021/acsnano.5c04343

Jurnal məlumatı: ACS Nano Max Planck Cəmiyyəti tərəfindən təmin edilmişdir