Проблема быстрой разрядки телефона знакома каждому из нас. Только купил новый аппарат, а через год он уже не доживает до вечера. А зимой, стоит достать смартфон на морозе, проценты зарядки тают на глазах.
Но, кажется, решение этой проблемы уже близко, и пришло оно не из Кремниевой долины, а из нашего Саратова. Ученые Саратовского национального исследовательского государственного университета имени Н. Г. Чернышевского (СГУ) заявили о создании модели аккумулятора нового поколения.
Давайте разберемся, что именно изобрели наши светлые умы и когда мы сможем увидеть это чудо техники в своих телефонах и автомобилях.
Что не так с современными батарейками?
Большинство гаджетов сегодня работают на литий-ионных аккумуляторах. Они неплохие, но у них есть три существенных недостатка:
- Долгая зарядка. Чтобы наполнить емкую батарею, нужно от часа до нескольких часов.
- Износ. Через 2-3 года активного использования емкость падает.
- Безопасность. При перегреве или повреждении они могут воспламениться.
Саратовские исследователи предложили решение, которое устраняет все эти минусы разом. Они разработали модель уникальной пленки, которая станет основой для батарей будущего.
«Технологический бутерброд»: как это устроено
Чтобы понять суть изобретения, не нужно быть доктором наук. Ученые сами предлагают простую аналогию - бутерброд или сэндвич. Но вместо хлеба и колбасы здесь используются сложнейшие материалы на атомном уровне.
Эта структура состоит из трех слоев (поэтому ее называют трехслойной квази-2D пленкой):
- Верхний слой: Фосфат ванадия-лития. Это материал, который отлично накапливает энергию.
- Нижний слой: Титанат лития. Он отвечает за стабильность и безопасность.
- Середина (начинка): Графен. Это самый прочный и тонкий материал в мире, за открытие которого, кстати, выходцы из российской науки получили Нобелевскую премию.
Графен здесь выступает в роли проводника. Он, как скоростное шоссе, позволяет заряду перемещаться внутри батареи практически мгновенно. Именно благодаря этому «сэндвичу» удалось объединить преимущества обычных батареек (которые долго держат заряд) и суперконденсаторов (которые заряжаются за секунды).
Главное открытие - новая методика расчета
Создать модель «на бумаге» - это полдела. Главная заслуга саратовских физиков, в частности доцента Владислава Шунаева, в том, что они придумали новую методику расчета.
Раньше ученые не могли точно предсказать, как поведет себя материал, когда в него начнет поступать литий (то есть во время зарядки). Старые методы не учитывали изменение химического состава «на ходу».
Саратовцы разработали алгоритм, который позволил рассчитать так называемую квантовую емкость. Результаты компьютерного моделирования превзошли самые смелые ожидания:
- Емкость материала достигает показателей, недоступных для традиционных электродов (до 868 мАч/г).
- Это означает, что батарея того же размера будет работать в разы дольше.
Что это даст простым людям?
Если лабораторные успехи удастся перенести на заводской конвейер, нашу жизнь ждут приятные перемены. Вот какую практическую пользу обещают разработчики:
- Мгновенная зарядка. Вместо часа у розетки - несколько минут. Это особенно важно для электромобилей, которые сейчас заряжаются непозволительно долго.
- Долговечность. Такая батарея сможет выдерживать десятки тысяч циклов «заряд-разряд». То есть аккумулятор в телефоне не придется менять никогда - он переживет сам телефон.
- Безопасность. Использованные материалы (титанат лития) гораздо устойчивее к перегреву. Риск того, что батарея вздуется или загорится, сводится к минимуму.
- Экономия. Ученые отмечают, что использование универсального электрода может упростить производство, а значит - снизить стоимость конечного продукта.
Когда ждать в магазинах?
Важно понимать: пока что это компьютерная модель. Это фундамент, на котором будет строиться здание. Но фундамент очень прочный.
В Минобрнауки РФ сообщили, что работа идет полным ходом. Следующий этап намечен на 2026 год - ученые перейдут от расчетов к делу и синтезируют этот материал в реальности, чтобы проверить его свойства «в железе».
Конечно, путь от лаборатории до полки магазина занимает время. Но сам факт, что российская наука не стоит на месте и предлагает решения мирового уровня в такой важной сфере, вызывает гордость. Возможно, через 5-7 лет мы будем покупать смартфоны с пометкой «Сделано в России», которые нужно заряжать всего раз в неделю.