Железо в рекордном энергетическом состоянии открывает путь к дешёвым батареям
Коллектив исследователей под руководством специалистов из Стэнфордского университета совершил прорыв в материаловедении, добившись от железа, одного из самых распространённых на Земле металлов, беспрецедентно высокого энергетического состояния. Это открытие указывает на возможность создания недорогих и мощных аккумуляторов будущего.
Учёным удалось создать материал на основе соединения лития, железа, сурьмы и кислорода, который позволяет атомам железа обратимо отдавать и принимать до пяти электронов, что значительно превосходит привычные два-три электрона. Ключом к успеху стало точное структурирование этого материала на наноуровне. Исследователи вырастили кристаллы размером всего 300-400 нанометров из специально подготовленного жидкого раствора, что обеспечило стабильность структуры материала во время циклов зарядки и разрядки.
Как показали электрохимические тесты и последующий анализ с моделированием рентгеновских спектров, в процессе участвуют не только атомы железа, но и кислорода, работая как единое целое в рамках выверенной кристаллической структуры. Это подтверждает, что железо можно использовать для создания высоковольтных катодов, которые станут устойчивой альтернативой дорогостоящим кобальтовым или никелевым аналогам. Подобные аккумуляторы обещают быть одновременно более мощными и значительно более дешёвыми.
Открытие, идея которого была теоретически обоснована ещё в 2018 году, также может найти применение в других технологиях, использующих магнитные и электронные свойства материалов, включая аппараты МРТ, маглевы-поезда и сверхпроводники. Полное исследование международной команды учёных, в которую вошли 23 специалиста из нескольких университетов и национальных лабораторий США, а также партнёры из Японии и Южной Кореи, было опубликовано в научном журнале .