«Вечный» аккумулятор случайно открыт учеными из Калифорнии

Электромобили, ноутбуки, смартфоны и множество других электронных гаджетов работают от литий-ионных аккумуляторов, но возможность перезарядки у них ограничена двумя-тремя тысячами циклов, после чего эффективность их работы значительно снижается. Кроме того, литий – основа большинства современных

Электромобили, ноутбуки, смартфоны и множество других электронных гаджетов работают от литий-ионных аккумуляторов, но возможность перезарядки у них ограничена двумя-тремя тысячами циклов, после чего эффективность их работы значительно снижается. Кроме того, литий – основа большинства современных батарей – имеет свойство со временем окисляться, что также приводит потере их первоначальных свойств.

Американские ученые из Калифорнийского университета в Ирвайне попробовали применить золотую нанопроволоку для хранения электрического заряда, и оказалось, что разработанная ими система превосходит традиционные литиевые батареи. Она выдерживала 200 тысяч циклов перезарядки без существенного ухудшения свойств и признаков коррозии.

Основа "вечных" батарей - золотые нанопровода, покрытые оксидом марганца, в электролитическом геле

Однако, пока они не до конца понимают, почему это происходит. Первоначальным замыслом эксперимента было сделать батарею с твёрдым электролитом, в которой вместо жидкого электролита используется электролитная паста. Жидкостные батареи, к которым относятся литиевые, являются крайне огнеопасными и чувствительными к воздействию температур. Например, при коротком замыкании литий-ионные аккумуляторы начинают выделять водород, который может образовывать с воздухом взрывоопасную смесь. Исследователи экспериментировали с использованием густых токопроводящих паст.

«Мы начали цикл перезарядок устройства, а затем поняли, что оно не собирается «умирать», - отмечает руководитель исследования Реджинальд Пеннер (Reginald Penner). - Однако пока нам до конца не понятен механизм этого явления».

По новой технологии для создания батарей используется золотая нанопроволока, по размерам не толще бактерии, покрытая оксидом марганца и защищённая слоем электролитной пасты. Паста взаимодействует с оксидным покрытием для предотвращения коррозии, выполняя роль своеобразной защиты. Чем длиннее нанопроволока, тем больше площадь поверхности, и тем больший заряд она может удерживать. Другие исследователи уже долгое время проводили эксперименты с нанопроволокой, но в отличие от них учёные университета в Ирвайне впервые предложили использовать защитную пасту.

«Паста делает гораздо больше, чем просто держит провода вместе. По-видимому, она делает оксид металла более мягким и устойчивым к образованию трещин», — сказал Пеннер.

Открытие имеет огромных потенциал в направлении увеличения срока службы батарей в бытовой электронике, но пока тестовая платформа не является настоящей батареей. В батареях имеются анод, через который электрический ток входит в систему, и катод, через который он выходит. Вместо этого учёные связали между собой два катода, которые сменяют друг другом при зарядке. Непрерывная цикличность смены катодов делает идеальную систему для тестирования многократных перезарядок.

Пеннер говорит, что это похоже на непрерывный процесс переливания воды из одной чашки в другую и обратно. После нескольких сотен циклов переливания некоторое количество воды, как правило, выливается, уменьшая емкость системы. Но технология Пеннера при переливании воды между «чашками» 200 тысяч раз теряет всего лишь около 5 процентов.

Несмотря на использование в этом эксперименте незначительного количества золота, это может сделать производство таких батарей дорогостоящим. Пеннер предполагает, что вместо золота можно будет применять такой более распространённый металл, как никель.

Результаты исследования опубликованы в научной статье журнала ACS Energy Letters, также некоторые подробности сообщаются в пресс-релизе университета.

Разработчики элементов хранения энергии непрерывно трудятся над созданием более совершенных батарей, так как многие устройства зачастую не отвечают современным потребностям. Так, ученые университета штата Колорадо предложили технологию создания аккумуляторов из медной пены под названием Prieto Battery. По сути, это 3-D батареи, которые дешевле в производстве, быстрее заряжаются, безопаснее, компактнее и менее токсичны. А вот исследователи из британского Кембриджа разработали суперэффективные литий-воздушные батареи, в которых используются высокопористые графеновые электроды.