Физики сделали первый шаг к созданию безэлектролитных аккумуляторов
Ученым Петербургского политехнического университета Петра Великого совместно с французскими, швейцарскими и польскими сотрудниками на протяжении опыта удалось зафиксировать неожиданные явления в кристаллической решетке антисегнетоэлектрика цирконата свинца. Данное открытие — это первый ход к созданию безэлектролитных аккумуляторная батарей. Статья исследователей размещена в издании Scientific Reports.
На протяжении опыта ученые стремились осознать микроскопическую физику одного из самые сложных для теоретического описания антисегнетоэлектриков — цирконата свинца, модельного объекта данной группы. Кристаллы PbZrO? под действием внешних факторов смогут иметь два типа упорядочения кристаллической решетки. От того, какой тип упорядочения будет выбран, и зависят функциональные особенности материала.
На протяжении опыта научная несколько контролировала, как на материал воздействует давления и одновременное изменение температуры. Для анализа кристаллической структуры применяли рассеяние синхротронного излучения на источнике ESRF (European Synchrotron Radiation Facility). Он нужен для обеспечения сильного потока фотонов, при помощи которого оказывается вероятным изучение не только Брэгговского, но и диффузного рассеяния (рассеяния «между» Брэгговскими отражениями).
Как раз за счет диффузного рассеяния удалось найти малоизвестные процессы, происходящие в структуре кристалла.
Исследователи открыли две новые кристаллические фазы при давлениях и высоких температурах. Подобные условия приближены к тем, что смогут быть созданы в перспективных энергонакопителях (аккумуляторная батареях), отдача и запасание энергии в которых является следствием переключения между кристаллическими фазами разной структуры. Такие структурные переключения разрешат высвобождать большие количества энергии в весьма маленькие промежутки времени, а отсутствие электролитов имеет очевидные преимущества с позиций простоты интеграции и уменьшения энергозапасающих элементов.
На протяжении изучения ученым удалось зафиксировать очень редко видящееся явление в кристаллической структуре диэлектриков — образование несоразмерной фазы. Данный объект в науке достаточно сложно обрисовать теоретически.
«Исходя из макроскопических измерений, у исследователей были подозрения, что существующие теории, обрисовывающие кристаллическую решетку, требуют пересмотра. Появлялись несоответствия при трансформации давления и температуры, в связи с чем мы желали узнать, какие конкретно процессы происходят на микроуровнях. Так, на протяжении опыта мы в первый раз идентифицировали несоразмерную фазу в беспримесном антисегнетоэлектрике», — пояснил первый создатель статьи, доцент кафедры физической электроники Университета физики, телекоммуникаций и нанотехнологий СПбПУ Роман Бурковский.
«Мы доказали, что такие состояния в кристаллической решетке существуют, тем самым поставили задачу перед научным сообществом, решив которую, мы сделаем громадной ход в описании функциональных материалов», — продолжил Бурковский.