Дослідники з Університету Шарджі (ОАЕ) розробили новий електрохімічний метод, який може значно підвищити енергоємність та швидкість заряджання акумуляторів для електромобілів, а також подовжити їхній термін служби.

Метод базується на теорії фракційної дифузії — це підхід, який допомагає краще зрозуміти, як заряд рухається всередині складних матеріалів. Завдяки цьому відкриттю вчені можуть точніше описати процеси заряджання та розряджання в електродах, які використовуються не лише в батареях, а й у паливних елементах, сенсорах і навіть у біоелектроніці.

Співавтор дослідження, професор Аніс Аллагуї, пояснив, що отримані результати «мають велике значення для створення нових електродів і провідників у сучасних електрохімічних пристроях, адже вони дозволяють пов’язати процеси, які відбуваються з часом, із реакціями у частотному діапазоні».

За словами вченого, дослідження дало змогу кількісно поєднати процеси на мікроскопічному рівні з тими змінами, які можна виміряти під час роботи пристрою. Це допоможе створювати матеріали, що одночасно проводять іони та електрони, — такі системи можуть заряджатися швидше, зберігати більше енергії й працювати довше.

Дослідники встановили, що тонші плівки таких провідників заряджаються і розряджаються швидше, а їхня поведінка підпорядковується певним закономірностям, які точно передбачає фракційна модель дифузії.

Крім того, новий підхід дозволяє використовувати так звану «фракційну імпедансну діагностику» — інструмент, який допомагає виявляти, як саме рухаються іони в матеріалі, і вдосконалювати роботу пристроїв.

Професор Аллагуї зазначив, що команда вперше застосувала фракційні дифузійні моделі, які враховують «ефекти пам’яті» та взаємодію частинок на відстані. Це дає змогу краще описати процеси заряджання в складних матеріалах.

Науковці підкреслюють, що такі змішані іонно-електронні провідники важливі не лише для зберігання енергії, а й для розвитку біоелектроніки та обчислювальних систем, які імітують роботу мозку (нейроморфні технології).

Автори зазначають, що їхня робота поєднує теоретичну електрохімію з практичним проєктуванням пристроїв і пропонує новий спосіб керування структурою матеріалів для підвищення їхньої ефективності.

«Наш підхід створює надійну основу для майбутніх досліджень і сприяє використанню фракційних моделей у розробці нових енерго- та електронних технологій», — підсумували автори.