Ученые нашли способ, как реанимировать "мертвые" батареи и улучшить их работу на 30%

Инженеры из США придумали способ, как продлить срок службы литий-ионных батарей на 30% и повысить их производительность. Свое исследование они опубликовали в журнале Nature.

В работающем аккумуляторе ионы лития с каждым циклом разрядки-зарядки перемещаются между двумя электродами, но некоторые частицы не могут пробиться сквозь электролит и теряют электрохимические свойства. Со временем внутри появляются неактивные сгустки лития, из-за чего производительность накопителя энергии постепенно снижается.

Как выяснила команда из Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики США и Стэндфордского университета, частицы лития можно снова "пробудить", если правильно настроить процесс зарядки. Такая технология может не только улучшить современные батареи, но открыть конструкции с большей плотностью энергии для будущих поколений. К примеру, электромобили смогут дольше ездить без перезарядки, а смартфоны станут более автономными.

"Я всегда считал изолированный литий некачественным, поскольку он приводит к разложению аккумуляторов и даже возгоранию. Но мы обнаружили, что можно повторно соединить этот "мертвый" литий с отрицательным электродом, чтобы реактивировать его", — цитирует руководителя исследования профессора И Цуя издание New Atlas.

Физики предположили, что неактивные частицы лития можно вернуть к жизни, если прицельно направить на них напряжение. Чтобы проверить эти подозрения, они собрали "оптическую" батарею — специальное тестовое устройство, которое позволило наблюдать за изолированными сгустками в реальном времени во время зарядки. Как выяснилось в ходе эксперимента, на самом деле они не были полностью "мертвыми", а очень медленно перемещались к одному электроду во время зарядки и другому — при разрядке.

"Это похоже на очень медленного червя, который выбрасывает голову вперед и подтягивает хвост, чтобы двигаться нанометр за нанометром. В этом случае он перемещается, растворяясь на одном конце и перемещая материал на другой конец. Если мы сможем поддерживать движение литиевого червяка, он в конечном итоге коснется анода (одного из двух электродов) и восстановит электрическое соединение", — рассказал И Цуй.

Эксперименты с другими батареями и компьютерное моделирование доказали, что активность лития увеличивается при большей силе тока. Поэтому ученые добавили стадию быстрой разрядки с сильным током сразу после завершения зарядки — в итоге сгусток преодолел нужное расстояние и достиг анода.

Ученые также отмечают, что изолированность лития представляет собой большую проблему для создания литий-металлических батарей следующего поколения, которые способны удерживать до 10 раз больше энергии, но весьма нестабильны. Внедрение новой технологии может помочь устранить этот недостаток.

Ранее в Сингапуре разработали гибкие батареи на основе бумаги, которые быстро разлагаются после использования. Во время экспериментов прототип размером 4 на 4 см и толщиной 0,4 мм заставил маленький вентилятор работать в течении 45 минут.

Писали также о получении новой формы графена, которая сделает батареи дешевыми и долговечными. Нанопластинки с функциональными гранями хорошо проводят ток и легко производятся.