2021 год стал годом научных исследований в сфере изготовления батареек и аккумуляторов. Ученые, которым на пятки наступают "зеленые" прекратили делать вид, что все уже открыто, и что предел свойств аккумуляторов пройден.
Их таки заставили взяться за разработки. В России, как говорят, всех ученых поместили в Сибирь, в Азии пообещали лапшу сверх меры, в США - разрешили класть ноги на стол.
И процесс пошел. Мы собрали в одну ленту, кто что наизобретал.
Во-первых, исследователи взялись за электроды. Их решили сделать пористыми. Как было до сих пор? Электроды в виде пластинок. Теперь попробовали сделать анод из пористых структур - получилось. Это обеспечивает большую площадь контакта с жидким электролитом, который перемещает ионы лития и позволяет им легче проникать в другой электрод, что потенциально делает аккумуляторы заряжающимися намного быстрее.
Исследователи из Университета Твенте приготовили анодный материл из ниобата никеля. У него в структуре идентичные повторяющиеся каналы, что делало его идеальным для переноса ионов.
Это было превращено в полноценный аккумулятор, и ученые обнаружили, что он обеспечивает сверхбыструю скорость зарядки - в 10 раз быстрее, чем современные литий-ионные аккумуляторы.
Новые батарейки, к тому же, будут легче и компактнее.
Другое открытие - "воскрешение" лития
Что такое разряд или заряд аккумулятора? Ионы металла перепрыгивают с одного электрода на другой. Но делают это неравномерно. В итоге поверхность электрода становится похожа на скалы: где-то целые островки из наросшего металла, а где-то впадины.
Островки опасны тем, что растут, и в итоге могут достичь второго электрода и замкнуть его. Именно эти островки и старят ваш аккумулятор, заставляя его работать все хуже.
Ученые из Стэнфордского университета нашли способ не просто нейтрализовать эти вредные скопления мертвого лития, но и вернуть их к жизни, чтобы повысить производительность батареи. Команда обнаружила, что добавление высокого напряжения тока во время подзарядки заставило островки распасться. В итоге на треть срок работы аккумуляторов увеличили.
В итоге жидкий электролит между анодом и катодом заменили твердым веществом. Оно не дало расти островкам. В эксперименте после 10 000 циклов аккумулятор сохранил 82% своей емкости. В обычных условиях это в разы меньше. Вспомните свой аккумулятор на телефоне. Пару лет - и он уже не держит.
Еще одно движение на аккумуляторном фронте - применение древесной целлюлозы вместо электролита. Из нее выдавили нановолокна - получились такие микроскопические полимерные трубки.
Трубки эти соединили с медью, в итоге вышел твердый ионный проводник с маленькими дырочками между полимерными цепями, они действовали как "ионные супермагистрали", в итоге помогая ионам лития перемещаться с рекордной эффективностью.
Итого получившийся материал в 100 раз превысил проводимость других полимерных ионных проводников. Так как материал получился тонкий и гибкий как бумага, такие батарейки не боятся сгибаний.
