Профессор Юрген Янек, ведущая фигура в области твердотельной электрохимии в Университете имени Юстуса Либига в Гиссене, обсуждает прошлое, настоящее и будущее хранения энергии за пределами лития. Его работа, поддерживаемая престижным кластером передового опыта Post-Lithium Storage (POLiS), находится на переднем крае разработки аккумуляторов нового поколения.
От истории к высокой проводимости: путь к твердотельным аккумуляторам
Путь Янека в эту область был почти случайным. Изначально рассматривая историю, он в конечном итоге выбрал химию, движимый фундаментальными пробелами в существующих знаниях. Он признает заслугу ранних наставников с сильным опытом в физике и материаловедении, а также сотрудничество с Аланом Б. Лидиардом, которые сформировали его взгляд на транспорт ионов в твердых телах — тему, исторически недостаточно представленную в стандартных учебных программах по химии. Это понимание того, что твердотельная электрохимия объединяет физику, химию и инженерию, подтолкнуло его к области, которая, по его мнению, станет решающей для будущих энергетических технологий.
Прорыв, ускоривший исследования твердотельных аккумуляторов
Ключевым поворотным моментом стал отчет Рюити Канно в 2011 году о высокой ионной проводимости лития в сульфидном соединении Li10GeP2S12 (LGPS). Это открытие — проводимость, превосходящая жидкие электролиты — спровоцировало быстрый прогресс в концепциях твердотельных аккумуляторов. Янек отмечает, что этот прорыв вызвал острую глобальную конкуренцию за новые твердые электролиты, гонка которой продолжается и сегодня. Появляющиеся исследования показывают, что еще более высокие уровни проводимости могут быть достигнуты с натрий-основанными твердыми электролитами, потенциально позволяя создавать более устойчивые и мощные батареи.
POLiS: финансирование будущего хранения энергии
Кластер POLiS, совместно управляемый Университетом Ульма, Технологическим институтом Карлсруэ и Университетом имени Юстуса Либига в Гиссене, является основным двигателем этих исследований. С возобновленным семилетним периодом финансирования, начинающимся в 2026 году, цель программы — изучить варианты хранения энергии за пределами лития, включая натрий, калий, магний, кальций, алюминий и даже системы на основе анионов. В то время как литиевые батареи останутся актуальными, POLiS стремится диверсифицировать технологии хранения, чтобы снизить зависимость от одного элемента и повысить устойчивость к геополитическим потрясениям.
Недавние достижения: визуализация металлических анодов и высокопроводящие электролиты на основе магния
Группа Янека вносит значительный вклад в POLiS благодаря углубленным исследованиям концепций твердого тела, межфазных реакций и переноса заряда. Недавняя работа, возглавляемая докторантами Тиллем Ортманном и Тиллем Фуксом, продвинула микроскопическую визуализацию натриевых и литиевых металлических анодов с использованием дифракции обратного рассеяния электронов, открывая новые возможности для проектирования анодов. Исследования Клариссы Глазер также дали многообещающие результаты, синтезировав твердые электролиты на основе ионов магния с проводимостью, достигающей 0,1 мС/см — шаг к жизнеспособным магний-ионным батареям.
Ключевая роль переработки
Программа признает, что устойчивое развитие не подлежит обсуждению. Янек подчеркивает, что переработку необходимо интегрировать в проектирование новых материалов и концепций ячеек с самого начала, обеспечивая цикличность этих технологий.
За пределами лития: прогнозирование следующей гигаваттной аккумуляторной технологии
Хотя предсказать будущее сложно, Янек предполагает, что натрий-ионные аккумуляторы станут следующей широко используемой технологией после свинцовых, литиевых и натриевых. Достигнут ли гигаваттный масштаб других химикатов «за пределами лития», таких как калий, магний или алюминий, зависит от их производительности и экономической целесообразности. POLiS активно исследует эти варианты, надеясь, что одно из них станет практичным решением в крупном масштабе.
Совершенствование научной коммуникации
Янек считает, что научная коммуникация должна развиваться со временем. Он выступает за публикацию с открытым доступом с жестким контролем качества и призывает к более активному обсуждению опубликованных исследований, даже предлагая возможность модификации или улучшения работ после публикации — концепцию, которая отражает динамичный характер современной науки.
В заключение, работа профессора Янека и продолжающиеся исследования POLiS представляют собой критические усилия по диверсификации и улучшению технологий хранения энергии. Сосредоточившись на материалах за пределами лития и уделяя приоритетное внимание устойчивому развитию, эти исследования могут изменить будущее производства и потребления энергии.
