Професор Юрген Янек, провідна постать у галузі твердотільного електрохімії в Університеті імені Юстуса Лібіга в Гіссені, обговорює минуле, сьогодення та майбутнє зберігання енергії за межами літію. Його робота, яка підтримується престижним кластером передового досвіду Post-Lithium Storage (POLiS), знаходиться на передньому краї розробки акумуляторів нового покоління.
Від історії до високої провідності: шлях до твердотільних акумуляторів
Шлях Янека до цієї області був майже випадковим. Спочатку розглядаючи історію, він зрештою обрав хімію, керований фундаментальними прогалинами в існуючих знаннях. Він визнає заслугу ранніх наставників із сильним досвідом у фізиці та матеріалознавстві, а також співпрацю з Аланом Б. Лідіардом, які сформували його погляд на транспорт іонів у твердих тілах — тему, історично недостатньо представлену у стандартних навчальних програмах з хімії. Це розуміння того, що твердотільна електрохімія поєднує фізику, хімію та інженерію, підштовхнуло його до галузі, яка, на його думку, стане вирішальною для майбутніх енергетичних технологій.
Прорив, який прискорив дослідження твердотільних акумуляторів
Ключовим поворотним моментом став звіт Рюїті Канно у 2011 році про високу іонну провідність літію у сульфідному з’єднанні Li10GeP2S12 (LGPS). Це відкриття – провідність, що перевищує рідкі електроліти – спровокувало швидкий прогрес у концепціях твердотільних акумуляторів. Янек зазначає, що цей прорив викликав гостру глобальну конкуренцію за нові тверді електроліти, гонка якої продовжується і сьогодні. Дослідження показують, що ще більш високі рівні провідності можуть бути досягнуті з натрій-заснованими твердими електролітами, потенційно дозволяючи створювати більш стійкі і потужні батареї.
POLiS: фінансування майбутнього зберігання енергії
Кластер POLiS, спільно керований Університетом Ульма, Технологічним інститутом Карлсруе та Університетом імені Юстуса Лібіга в Гіссені, є основним двигуном цих досліджень. З відновленим семирічним періодом фінансування, що починається у 2026 році, мета програми — вивчити варіанти зберігання енергії за межами літію, включаючи натрій, калій, магній, кальцій, алюміній і навіть системи на основі аніонів. У той час як літієві батареї залишаться актуальними, POLiS прагне диверсифікувати технології зберігання, щоб знизити залежність від одного елемента та підвищити стійкість до геополітичних потрясінь.
Нещодавні досягнення: візуалізація металевих анодів та високопровідні електроліти на основі магнію
Група Янека робить значний внесок у POLiS завдяки поглибленим дослідженням концепцій твердого тіла, міжфазних реакцій та перенесення заряду. Нещодавня робота, очолювана докторантами Тіллем Ортманном та Тіллем Фуксом, просунула мікроскопічну візуалізацію натрієвих та літієвих металевих анодів з використанням дифракції зворотного розсіювання електронів, відкриваючи нові можливості для проектування анодів. Дослідження Кларисси Глазер також дали перспективні результати, синтезувавши тверді електроліти на основі іонів магнію з провідністю, що досягає 0,1 мС/см – крок до життєздатних магній-іонних батарей.
Ключова роль переробки
Програма визнає, що сталий розвиток не підлягає обговоренню. Янек наголошує, що переробку необхідно інтегрувати у проектування нових матеріалів та концепцій осередків із самого початку, забезпечуючи циклічність цих технологій.
За межами літію: прогнозування наступної гігаватної акумуляторної технології
Хоча передбачити майбутнє складно, Янек припускає, що натрій-іонні акумулятори стануть наступною технологією, що широко використовується після свинцевих, літієвих і натрієвих. Чи досягнуто гігаватного масштабу інших хімікатів «за межами літію», таких як калій, магній або алюміній, залежить від їхньої продуктивності та економічної доцільності. POLiS активно досліджує ці варіанти, сподіваючись, що один із них стане практичним рішенням у великому масштабі.
Удосконалення наукової комунікації
Янек вважає, що наукова комунікація має розвиватися з часом. Він виступає за публікацію з відкритим доступом із жорстким контролем якості та закликає до більш активного обговорення опублікованих досліджень, навіть пропонуючи можливість модифікації чи покращення робіт після публікації – концепцію, що відображає динамічний характер сучасної науки.
На закінчення, робота професора Янека і дослідження POLiS, що продовжуються, являють собою критичні зусилля з диверсифікації та поліпшення технологій зберігання енергії. Зосередившись на матеріалах за межами літію та приділяючи пріоритетну увагу сталому розвитку, ці дослідження можуть змінити майбутнє виробництва та споживання енергії.
