Акумулятори запрацюють "як скажені": вчені відкрили дивовижну властивість металу
Новаторська технологія, відкрита німецькими вченими, обіцяє значно посилити сучасні батареї та зробити їх більш енергоємними.
Про це повідомляє interestingengineering.com
Група дослідників під керівництвом директора Інституту Макса Планка Йоахіма Шпатца виявила, що використання металевих волокон як контактного матеріалу в електродах акумуляторів може значно прискорити перенесення заряду і дати змогу створювати електроди, товщина яких удесятеро перевищує наявні стандарти.
Це нововведення допоможе збільшити щільність енергії на 85% і принести велику користь різним галузям промисловості: від електромобілів до портативної електроніки.
Невідомі іони
За словами вчених, в основі їхнього відкриття лежить раніше невідомий механізм, який вони виявили в перенесенні іонів в електродах.
Традиційно електроди акумулятора складаються з активного матеріалу, який зберігає заряд, і контактного матеріалу — зазвичай мідної або алюмінієвої фольги — який переносить струм. Однак активні матеріали, хоча й добре зберігають заряд, є поганими провідниками іонів.
Це ставить виробників акумуляторів перед дилемою: або вони роблять електроди товстими, щоб їхня щільність енергії була максимально високою, але тоді такі акумулятори не можуть швидко заряджатися і розряджатися. Або ж електроди роблять надзвичайно тонкими і приймають той факт, що щільність енергії зменшуватиметься, щоб домогтися швидкого заряджання і розряджання.
Товщина струмових електродів зазвичай становить близько однієї десятої міліметра.
Дослідження групи з Гейдельберга демонструє, що металеві поверхні можуть виступати як "автомагістралі" для іонів металів. Вчені виявили, що іони літію скидають свою молекулярну оболонку на мідній поверхні, утворюючи подвійний електричний шар, відомий як шар Гельмгольца.
Використовуючи спеціально розроблену вимірювальну установку і теоретичні розрахунки, дослідники показали, що іони літію рухаються через шар Гельмгольца приблизно в 56 разів швидше, ніж через електроліт.
Нова конструкція електрода
Перемішуючи активний матеріал металевою сіткою з ниток завтовшки лише кілька сотих міліметра, дослідники створили тривимірну мережу подачі носіїв заряду.
Така конструкція не тільки дає змогу використовувати електроди вдесятеро товстіші за звичайні, зберігаючи водночас можливості швидкого заряджання й розряджання, а й використовує приблизно вдвічі менше контактного металу та інших неакумулювальних матеріалів.
Результатом є значне збільшення щільності енергії — до 85% порівняно з традиційними фольгованими електродами.
Економія енергії
Окрім підвищення продуктивності, нові електроди також забезпечують значні виробничі переваги.
Існуючий складний і іноді токсичний процес нанесення тонких шарів активного матеріалу на фольгу з використанням розчинників можна замінити введенням активного матеріалу у вигляді порошку.
За сухого наповнення, імовірно, вдасться економити від 30 до 40 відсотків виробничих витрат, а для виробничих приміщень знадобиться на третину менше місця.
Німецькі вчені вважають, що "у них є шанс наздогнати азіатських виробників і стати ще кращими.
Раніше Фокус писав, що завдяки зусиллям британських фахівців було створено батарею, яка може очищати повітря. В основі її роботи лежить уловлювання вуглекислого газу, який потім перетворюється на електроенергію.
Також стало відомо, що китайські вчені створили мініатюрну портативну батарею на основі електроактивних мікроорганізмів, яка показала можливість самозарядки до 10 циклів. Цікаво, що для такої батареї взагалі не потрібен дорогий літій.