“Безуглеродные высоконагруженные кремниевые аноды с использованием твердых сульфидных электролитов” (Carbon-free high-loading silicon anodes enabled by sulfide solid electrolytes) — под таким названием вышла статья в журнале Science, написанная группой авторов изобретения под руководством Даррена Хана. Ученые скромно назвали свое детище — батарея будущего.
При создании нового аккумулятора интернациональный коллектив использовал комбинацию двух подходов к технологии производства аккумуляторных батарей — в нем имеется твердотельный электролит и кремниевый анод. По мнению ученых, это решает многие проблемы, связанные с использованием традиционных литий-ионных аккумуляторов.
Все ли гладко с батареями с кремниевыми анодами?
Чудо-аккумулятор только на первый взгляд является таковым — он имеет определенные недостатки. Одновременно с тем, что он имеет высокую удельную емкость и способен увеличить запас хода модных электромобилей Tesla, существует проблема, связанная с неустойчивостью кремниевого анода. Это говорит о том, что при эксплуатации АКБ может представлять опасность. Кроме этого, контакт такого анода с жидким электролитом, приводит к потере мощности электрического двигателя. В связи с этим в батареях не используют чистый кремний, что в свою очередь не позволяет повысить производительность.
Что еще предлагает наука?
Ученые всего мира бьются над созданием идеальной аккумуляторной батареи, поэтому время от времени появляются сообщения о новых изобретениях в этой области. Какие батареи мы будем использовать в наших гаджетах, электрокарах и электрических сетях?
Литий-углеродная батарея
Производство батарей Allotrope Energy налажено компанией Mahle, которая создала новую архитектуру литий-углеродных аккумуляторов на основе суперконденсаторов. В конструкцию батареи входит высокоскоростной анод, который разделен от катода органическим электролитом. АКБ обеспечивает быструю зарядку конденсаторов и хранение энергии с высокой плотностью. Например, для зарядки электромопеда, изобретателям потребовалось всего полторы минуты.
Литий-серная батарея с сахаром
С целью повышения стабильности батареи ученые предложили использовать в ней сахар. Некоторые, имеющие в своей основе сахар, способны предотвращать деградацию в геологических отложениях и поддерживают прочные связи между сульфидами. Аккумулятор на сахаре показал довольно высокую производительность — почти 700 мА*ч/г и отработал более 1000 циклов.
Батарея с хлором из щелочных металлов
В Стэнфордском университете ученые создали батарею, принцип действия которой основан на обратном химическом превращении хлорида натрия (Na/Cl2) или хлорида лития (Li/Cl2) в хлор. Как показали исследования, разрядная емкость достигла значения 2800 мА*ч/г, правда после первого цикла емкость упала в два раза. Тем не менее аккумулятор показал вполне достойные результаты.
Общая задачи, которые придется решить ученым, заключается в необходимости создания АКБ из доступных легкоутилизируемых материалов, которые способны хранить энергию с высокой плотностью и не подвергаться коррозии. Потребность в таком чудо-аккумуляторе давно уже назрела, но идеального решения пока на найдено.