«Теперь аккумуляторы работают в четыре раза дольше»

Миниатюрные аккумуляторы повышенной емкости стали доступны благодаря ученым

Литий-ионный аккумулятор, работающий в четыре раза дольше обычного и в три раза меньший по размеру, поможет технологиям вступить в новую эру. А у двигателей внутреннего сгорания появился реальный конкурент. Такого успеха ученые добились, создав, наконец, полностью литиевый анод.

Ученые продолжают работать над созданием аккумуляторов большей емкости: подобные наработки пригодятся как для миниатюрных гаджетов, так и для настоящих электромобилей. В будущем предполагается использовать суперконденсаторы-ионисторы, о которых «Газете.Ru» рассказал один из их разработчиков — украинский ученый Юрий Гогоци. Однако самыми популярными сейчас являются литий-ионные аккумуляторы. Несмотря на то что иногда их называют литиевыми, литий имеется лишь в растворе электролита, который поддерживает работоспособность устройства.

В то же время создание обеспечивающего высокую электрохимическую емкость аккумулятора анода, который состоял бы целиком из лития, на протяжении многих лет являлось для ученых непосильной задачей. В современных аккумуляторах аноды состоят из графита или кремния.

Теперь группа исследователей из Стэнфордского университета (внесен Минюстом в перечень нежелательных в России организаций) смогла сделать и это, тем самым открыв путь для создания колоссальных по емкости аккумуляторов. Многие ученые, занимающиеся схожими вопросами, уже успели окрестить этот анод «Священным Граалем аккумуляторов». А статья, посвященная созданию полностью литиевого анода, опубликована в свежем выпуске научного журнала Nature Nanotechnology.

«Из всех материалов, которые можно использовать в аноде, именно литий имеет наибольший потенциал. Во-первых, он очень легкий. А во-вторых, он имеет самую высокую плотность энергии», — рассказал руководитель разработавшей новинку группы ученых — профессор И Цуй.

По его словам, благодаря этим двум факторам, возможно, аккумулятор сможет вырабатывать больше энергии на единицу объема и веса. То есть теперь возможно создать небольшой аккумулятор с колоссальной емкостью.

Создать литиевый анод удалось в том числе и благодаря участию Стивена Чу — бывшего министра энергетики США, а также нобелевского лауреата по физике в 1997 году.

«Литиевый анод позволит сделать аккумуляторы миниатюрными. То есть один старый аккумулятор примерно в три раза больше нового. Таким образом можно создать тройной аккумулятор: использующий его электромобиль сможет проехать почти 500 км. У двигателя внутреннего сгорания появился настоящий конкурент!» — рассказал ученый. Правда, пока стоимость такого экологически чистого двигателя для автомобиля составляет порядка $25 тыс.

Он утверждает, что теперь «аккумуляторы будут работать без подзарядки как минимум в 4 раза дольше».

Прежде создать полностью литиевый анод не получалось из-за того, что в процессе зарядки собиравшиеся в аноде ионы лития расширялись, впоследствии деформируя сам аккумулятор и создавая дендриты — кристаллобразные наросты. А они приводят к коротким замыканиям, катастрофически сокращая срок службы аккумулятора. Еще одной проблемой являлось чрезмерное использование литиевым анодом электролита, что также снижало срок службы устройства, а также приводило к серьезному перегреву и даже взрывам. Примером подобных эксцессов являются аккумуляторы, установленные на печально известном Boeing Dreamliner. Так, один из Boeing 787 загорелся прямо в лондонском аэропорту Хитроу в июле 2013 года, что вызвало огромный резонанс как среди репортеров, так и среди обывателей.

Решить все эти проблемы ученые смогли, создав купольную наносферу из аморфного углерода. Эта наносфера представляет собой гибкую и не способную к химической реакции пленку толщиной всего 20 нанометров и состоит из 5 тыс. слоев. В целом толщину пленки можно сравнить с толщиной человеческого волоса.

Исследователи утверждают, что их разработка остается на 99% эффективной даже после 150 полных циклов использования батареи. В то же время аналогичные разработки теряли порядка 50% своей эффективности в течение всего лишь года использования. Исследователи пока не анонсируют стоимость производства аккумуляторов нового поколения, но уверены, что уже в ближайшее время человечество шагнет в новую эру использования батарей и энергоэффективных источников питания.