Сейчас на рынке существуют два типа аккумуляторных батарей: литий-ионные и натрий-ионные. Они способны хранить большие объемы энергии и используются в любом мобильном гаджете. Проблема одна - ограниченное количество циклов заряд/разряда. Потому, например, средний срок службы аккумуляторной батареи ноутбука составляет всего 3-4 года.
Японские инженеры Токийского университета во главе с профессором Ацуо Ямада разработали особый материал, который поможет в значительной степени увеличить срок эксплуатации АКБ, а также повысить его емкость.
Что уменьшало срок службы старых аккумуляторов?
Внутри аккумуляторной батареи находятся слои металла, которые разрушаются в процессе зарядки/разрядки. На материале появляются “хлопья” и трещины. Научное новостное издание EurekAlert сообщает, что эффект “поврежденной упаковки” появляется из-за силы Ван-дер-Ваальса, за счет которой удерживаются слои аккумулятора АКБ. Нагрузка, возникающая в процессе использования, легко преодолевает ее. Емкость батареи и способность быстрой зарядки уходит по мере разложения металлических слоев.
Раньше большой популярностью пользовались литий-ионные аккумуляторы. Сейчас - натрий-ионные. К сожалению, и первые, и вторые, одинаково сильно подвержены описанному разрушительному воздействию.
В чем заключается новая разработка Токийского университета?
Инженеры создали материал, который препятствует скорому износу АКБ. Они показали, что изготовление батареи из Na2RUO3 не только уменьшает разрушительное воздействие зарядки и разрядки, но и приводит к самостоятельному восстановлению внутренних металлических слоев.
Внутренние слои аккумуляторной батареи удерживаются с помощью мощного кулоновского притяжения, а не силой Ван-дер-Ваальса.
Справка! Современное разъяснение закона Кулона гласит, что сила взаимного воздействия двух зарядов направляется вдоль соединяющей прямой. Она пропорциональна их размеру и обратно пропорциональна расстоянию. Эта сила притягивает при разности зарядов и отталкивает при разности.
Ацуо Ямада заявляет, что новые аккумуляторы можно подвергать той нагрузке, которая разрушила прежние литий-ионные и натрий-ионные батареи. Он также акцентирует внимание на важности повышения энергетической плотности АКБ для создания электромобилей.
В отличие от недавно выпущенной немецкими учеными батареи Cenergy, технология японцев точно найдет свое применение в частном потребительском секторе. Ее можно использовать как для автомобильных аккумуляторов, так и для смартфонов. Немецкий Cenergy конкурирует скорее с Tesla PowerWall Илона Маска и планирует применяться для создания домашнего или офисного энергохранилища.
Другие попытки создания самовосстанавливающегося аккумулятора
Попытки создать самовосстанавливающийся аккумулятор прежде предпринимали ученые из Стэнфордского университета. Отрицательный электрод, входивший в состав новых батарей, сочетал в себе кремний с полимерными материалами, которые буквально заглатывают микротрещины, образующиеся в процессе использования.
Нововведение позволяет увеличить срок службы АКБ в два-три раза, а также увеличить энергоэффективность на 40%. Кроме того, самовосстанавливающиеся электроды оказались в 8 раз эргономичнее обычных угольных анодов, которые используются в литий-ионных аккумуляторах.
Батареи такого типа успешно прошли тестирование, но разработка все еще находится на начальной стадии. Стэнфордские ученые не вполне довольны результатами и хотят улучшить технологию в несколько раз.