Ученые из США разработали литий-ионные батареи нового поколения: чем они лучше

Сотрудники Университета Баффало в США разработали конструкцию для литий-ионных батарей нового поколения, которые будут лучше отражать состояние заряда. Подробности рассказала пресс-служба учебного учреждения на официальном сайте.

Для улучшения существующих аккумуляторов исследователи обратились к области науки под названием магнитоионика — она изучает использование переноса ионов для управления магнетизмом. Они придумали новую конструкцию электрода, которая меняет магнитное поле по мере того, как частицы лития перемещаются из одной части устройства в другую во время зарядки и разрядки. По словам ученых, такие сдвиги с высокой точностью показывают состояние батареи.

Команда из Баффало создала новый материал на основе ванадия, хрома и цианида, который использовали в качестве "молекулярного магнитного электрода" в литий-ионной аккумуляторной батарее. С помощью специального устройства для тестирования ферромагнитного резонанса они смогли измерить отклонения в магнитном поле и определить текущий уровень заряда.

Ферромагнитный резонанс — это разновидность электронного магнитного резонанса, когда ферромагнетик поглощает энергию электромагнитного поля при определнных значения внешнего магнитного поля. Стоит объяснить, что ферромагнетиками называют вещества, которые при определенных температурах становятся намагниченными без внешнего магнитного поля.

Казалось бы, в чем особенность технологии, если сейчас любое устройство от ноутбука до смарт-часов показывают состояние заряда батареи. Дело в том, что со временем аккумуляторы изнашиваются, и показатели на экранах становятся все менее точными.

По словам команды, новый материал для отслеживания ионов повысил точность показателя заряда на 2000% и увеличение времени отклика более чем на 5000% по сравнению с предыдущими подходами, то есть информация быстрее обновляется в реальном времени. Характеристики электродов делают их идеальными для использования в перезаряжаемых батареях и открывают путь к мониторингу состояния заряда батареи в режиме реального времени. Еще одна особенность материала заключается в том, что его можна печатать на 3D-принтере, придавая практически любую форму для внедрения в разнообразные батареи.

"Основной целью этого проекта была работа над магнитоионикой, в которой ионы используются для управления магнетизмом материалов. По мере того, как ионы лития перемещаются внутрь и наружу, материал меняет свою намагниченность. Мы можем контролировать магнетизм, и это позволяет нам косвенно контролировать ионы лития — состояние заряда. Мы считаем, что это новый способ обеспечить точное и быстрое определение состояния заряда", — объяснил Шэньцян Рен, руководитель исследования.

Ранее в Японии создали илитий-воздушную батарею с с рекордной плотностью энергии — более 500 Втч/кг. Ими предлагают оборудовать электросамокаты и другой транспорт, в том числе воздушный, чтобы снизить вес, одновременно увеличив запас хода.

Писали также, что ученые научились добывать литий для аккумуляторов из воды. Они использовали магнитные наночастицы для вытаскивания ценного металла на геотермальных станциях или в месторождениях нефти и газа. Технология добычи оказалась гораздо быстрее и дешевле существующих методов.

Компания Tesla провела исследование и выяснила, что можно построить аккумулятор со сроком службы 100 лет. Известный инженер Джефф Дан запатентовал несколько технологий, которые превосходят существующие литий-ионные батареи. Одна из них предусматривает добавление никеля для повышения плотности энергии.