Ученые разработали батарейки, заряжающиеся в сто раз быстрее

Ученые разработали батарейки, которые могут заряжаться и разряжаться в сто раз быстрее существующих аналогов.  Представьте, что вы сможете заряжать свой мобильный телефон и ноутбук в считанные минуты. Это может стать реальностью, благодаря новому типу наноструктурированного аккумуляторного электрода, разработанного учеными из Иллинойского университета. Исследователи обнаружили, что их электрод позволяет заряжаться и разряжаться в сто раз быстрее современных аналогов, обладая такой же емкостью.

Аккумуляторы высокой емкости, которые могут заряжаться и разряжаться с такой скоростью, добавят рыночной привлекательности многим новационным технологиям. К примеру, если станет возможным подзаряжать электромобиль за считанные минуты, а не часы, то зарядка на станции займет не дольше, чем заправка бензинового автомобиля.

Устройство, накапливающее и сохраняющее электрическую энергию, называется конденсатор. Но из-за того, что заряд в нем хранится на поверхности металлических пластин, их аккумулирующая способность невелика. Батарейки, в отличие от них, способны сохранять намного больше энергии, потому что они хранят ее по всему объему материала, в роли которого обычно выступает окись или фосфат, хранящиеся внутри катода. К сожалению, из-за того, что эти материалы являются плохими проводниками электрического заряда, требуется значительное время, чтобы зарядить или разрядить батарею.

Ученые пытались обойти эту проблему, делая вставки из материалов, которые хорошо проводят ток, но это увеличивало размер батареи. Специалисты по материалам из Иллинойского университета, Пол Браун и его коллеги, нашли новационное решение, которое было опубликовано в Nature Nanotechnology.

Иллинойские исследователи создали этот электрод, покрыв поверхность крошечными полистироловыми сферами, размером всего в несколько сотен нанометров. Сферы уложены в структуру кристаллической решетки. Затем, они заполнили бреши между сферами никелем и растворили полистирол, создав объемный металлический каркас. Его уменьшили, пока метал не стал занимать всего 6% от общего объема и нанесли тонкий слой материала, сохраняющего энергию. Они использовали эту технику как для создания катодов под ионно-литиевые батареи, которые применяются во многих потребительских товарах, таких как лэптопы и мобильные телефоны, так и под никель-металлогидридные батареи, которые применяются в электромобилях.

Браун, совместно с коллегами, обнаружил, что ион-литиевые батареи могут заряжаться и разряжаться в 10-100 раз быстрее, чем самые быстрые из современных аналогов. При этом их емкость была даже немного выше обычной (примерно на 10-20%). Поскольку все шаги разработанного ими производственного процесса уже используются в современной индустрии, не должно возникнуть каких-либо препятствий с внедрением их катодов в коммерческие аккумуляторы.

Им еще предстоит продемонстрировать свою технологию в более крупном масштабе, ведь до этого они проводили эксперименты на батарейках размером с карманные часы. "У меня есть все основания считать, что увеличение масштаба пройдет успешно", - сказал Браун, - "и мы ищем подходящих партнеров, чтобы реализовать это".

Оригинал (на англ. языке): News.sciencemag

• IBM ускоряет обучение ИИ на скорости света при минимальном энергопотреблении
• Учёные впервые визуализировали форму одиночного фотона
• Солнечная система для зарядки электромобилей
• Крупнейший электрический самолёт взлетит в 2025 году
• ДНК-биочернила открывают новые горизонты для 3D-печати кровеносных сосудов
• Исследователи улучшили эффективность и долговечность солнечных элементов
• Тёмная материя: Как камера отслеживает невидимое
• Мягкий, растяжимый электрод имитирует тактильные ощущения с помощью электрических сигналов