Учені знайшли спосіб, як реанімувати "мертві" батареї та покращити їхню роботу на 30%

Інженери із США вигадали спосіб, як продовжити термін служби літій-іонних батарей на 30% і підвищити їхню продуктивність. Своє дослідження вони опублікували в журналі Nature.

В акумуляторі іони літію з кожним циклом розрядки-зарядки переміщуються між двома електродами, але деякі частинки не можуть пробитися крізь електроліт і втрачають електрохімічні властивості. Згодом усередині з'являються неактивні згустки літію, через що продуктивність накопичувача енергії поступово знижується.

Як з'ясувала команда з Національної прискорювальної лабораторії SLAC Міністерства енергетики США та Стендфордського університету, частки літію можна знову пробудити, якщо правильно налаштувати процес зарядки. Така технологія може не тільки покращити сучасні батареї, але й відкрити конструкції з більшою щільністю енергії для майбутніх поколінь. Наприклад, електромобілі зможуть довше їздити без перезарядки, а смартфони стануть автономнішими.

"Я завжди вважав ізольований літій неякісним, оскільки він призводить до розкладання акумуляторів і навіть спалаху. Але ми виявили, що можна повторно з'єднати цей "мертвий" літій sз негативним електродом, щоб його реактивувати", — цитує керівника дослідження професора І Цуя видання New Atlas.

Фізики припустили, що неактивні частки літію можна повернути до життя, якщо прицільно направити на них напругу. Щоб перевірити ці припущення, вони зібрали "оптичну" батарею — спеціальний тестовий пристрій, який дозволив спостерігати ізольовані згустки в реальному часі під час зарядки. Як з'ясувалося в ході експерименту, насправді вони не були повністю "мертвими", а дуже повільно переміщалися до одного електрода під час заряджання та іншого – при розрядці.

"Це схоже на дуже повільного хробака, який викидає голову вперед і підтягує хвіст, щоб рухатися нанометр за нанометром. У цьому випадку він переміщається, розчиняючись на одному кінці та переміщуючи матеріал на інший кінець. Якщо ми зможемо підтримувати рух літієвого черв'яка, він зрештою в результаті торкнеться анода (одного з двох електродів) і відновить електричне з'єднання", — розповів Цуй.

Експерименти з іншими батареями та комп'ютерне моделювання довели, що активність літію збільшується за більшої сили струму. Тому вчені додали стадію швидкої розрядки із сильним струмом відразу після завершення зарядки — в результаті згусток подолав потрібну відстань і досяг анода.

Учені також відзначають, що ізольованість літію є великою проблемою для створення літій-металевих батарей наступного покоління, які здатні утримувати до 10 разів більше енергії, але дуже нестабільні. Використання нової технології може допомогти усунути цей недолік.

Раніше в Сінгапурі розробили гнучкі батареї на основі паперу, які швидко розкладаються після використання. Під час експериментів прототип розміром 4 на 4 см та товщиною 0,4 мм змусив маленький вентилятор працювати протягом 45 хвилин.

Писали також про отримання нової форми графена, яка зробить батареї дешевими та довговічними. Нанопластинки з функціональними гранями добре проводять струм і прості у виробництві.