Новые батареи заставят смартфоны, дроны и авто работать дольше: что придумали ученые
Ученые из США разработали новую конструкцию литий-серных аккумуляторов, которые заставят смартфонам, дронам и даже электромобилям дольше работать без подзарядки.
Они изобрели крошечный фильтр толщиной в один атом, который блокирует движение частиц серы внутри системы, что предотвращает выход из строя. Исследование опубликовали в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.
Литий-серные аккумуляторы легче и обладают большей емкостью в более легком корпусе по сравнению с традиционными литий-ионными, однако сера собирается в длинные цепочки, которые засоряют механизм, разряжая аккумулятор и сокращая срок его службы. Инженеры из Флоридского университета, Университета Пердью и Университета Вандербильта разработали высокоэффективный фильтр, который решает эту проблему на молекулярном уровне.
Фильтром выступает пленка графена с идеально подобранными отверстиями, которые разделяют литий и серные цепи. С фильтром аккумуляторы сохраняли практически полную емкость в течение более чем 150 циклов зарядки-разрядки, но без него быстро теряли производительность во время испытаний. Еще многое предстоит сделать, чтобы массово производить и использовать литий-серные батареи, но открытие такой технологии стало большим прогрессом.
"Это как микроскопический кофейный фильтр или вышибала в клубе. Крошечные ионы лития легко проскальзывают, но крупные цепочки серы блокируются", — рассказал доцент кафедры машиностроения и аэрокосмической техники Флоридского университета Пиран Кидамби.
Он добавил, что литий-ионные аккумуляторы долго совершенствовались и хорошо работают, но их способность хранить энергию ограничена весом. Литий-серные батареи могут быть гораздо легче и хранить больше электроэнергии.
Средний вес литий-ионного аккумулятора электромобиля составляет около 450 кг, а запас хода — от 320 до 400 км. При том же весе литий-серный аккумулятор позволит проехать гораздо дальше. Кроме того, с их помощью мобильные телефоны будут работать дольше без подзарядки, а более легкие аккумуляторы позволят дронам дольше находиться в воздухе.
"При переходе с автомобилей на грузовики, поезда или корабли вес аккумулятора растет экспоненциально, потому что для их перемещения требуется больше энергии", — объяснил Пиран Кидамби. "Это называется компаундированием веса. Аккумулятор начинает весить почти столько же, сколько груз, который он должен перевозить".
Ранее в США компания Titan Dynamics испытала дрон с литий-серным аккумулятором от Lyten. Благодаря ему время полета увеличилось почти в три раза.