Нова літій-іонна батарейка в 2 тисячі разів могутніше і в тисячу разів швидше заряджається

Дослідники з Університету Іллінойсу розробили нову технологію літій-іонних батарей, які в 2000 разів могутніше порівнянних аналогів. За словами вчених, це не просто черговий крок в еволюційному розвитку батарей, а «абсолютно нова технологія, яка ламає звичну парадигму джерел харчування».

На поточний момент зберігання енергії - це питання компромісів. Ви можете мати багато потужності (вт), або багато енергії (ват-годин), але не того й іншого одночасно. Суперконденсатори можуть віддавати величезні кількості енергії, але тільки протягом декількох секунд, паливні елементи можуть зарезервувати великі її кількості, але обмежені в своїй пікової віддачі. І це є проблемою, оскільки більшість зразків сучасної передової електроніки - смартфони, портативні комп'ютери, електромобілі - вимагають великих обсягів і енергії та потужності. Літій-іонні батареї на поточний момент являють собою краще співвідношення цих параметрів, але навіть найбільш просунуті літій-іонні батареї вимагають від промислових дизайнерів та інженерів серйозних компромісів при створенні нових пристроїв.

І ось тепер у нас є нова батарея з Університету Іллінойсу, яка подібно суперконденсатору має високу питому потужність, і в той же час порівнянну з сучасними нікель-цинковими і літій-іонними батареями щільність енергії. За даними опублікованого університетом прес-релізу, нова батарея дозволяє бездротових пристроїв транслювати свій сигнал в 30 разів далі - або, можливо, навіть більш корисно, працювати від батареї, яка в 30 разів менше. До того ж, нова батарея є перезаряджається - і заряджається в 1000 разів швидше традиційних літій-іонних акумуляторів.

Цей технологічний прорив став можливий завдяки новій структурі анода і катода, розробленої дослідниками Університету Іллінойсу.

Коротенько, стандартна літій-іонна батарея зазвичай має твердий двовимірний анод з графіту і катод з літієвої солі. Нова ж батарея має пористі тривимірні анод і катод. Щоб створити цю нову структуру електродів, дослідники закріпили шар пінопласту на скляному субстраті, а потім електролітичним способом завдали шар нікелю на пінопласт, нікель-олов'яний сплав на анод і двоокис марганцю на катод. Наведена вище схема пояснює деталі цього процесу.

Як наслідок, ці пористі електроди мають величезну площу поверхні, що дозволяє більшу кількість хімічних реакцій на одиницю об'єму, результатом чого став надзвичайно великий приріст у швидкості розряду (вихідний потужності) і часу зарядки. Вченим вдалося створити за допомогою цієї технології микробатарейку розміром з гудзик, і на наведеному нижче графіку ви можете бачити її характеристики порівняно з традиційним елементом Sony CR1620. Щільність енергії нового елемента трохи менше, але питома потужність 2000 разів більше. На іншому кінці спектру - підвищена щільність енергії, але низька питома потужність - лідирує літій-повітряна батарея від IBM.

Питома потужність проти щільності енергії для різних технологій батарей, включаючи нову микроструктурированную літій-іонну батарейку з Університету Іллінойсу.

У реальному застосування ця технологія може дозволити оснащувати споживчі пристрою набагато більш мініатюрними і легкими батареями - уявіть собі смартфон з акумулятором товщиною з кредитку, який заряджається за кілька секунд. За межами споживчої технології вона також знайде собі безліч застосувань - наприклад в високопотужних лазерах і медичних пристроях, а також інших областях, де традиційно застосовуються суперконденсатори, наприклад - у болідах Formula 1 і быстрозаряжающихся силових інструментах. Але для того, щоб це сталося, Університету Іллінойсу спочатку потрібно довести, що їхня технологія масштабується до більш великих розмірів, і що процес виробництва не дуже дорогий для комерційного застосування. Ми будемо сподіватися на краще.