Учені зі США розробили літій-іонні батареї нового покоління: чим вони кращі

Співробітники Університету Баффало в США розробили конструкцію для літій-іонних батарей нового покоління, які краще відображатимуть стан заряду. Подробиці розповіла пресслужба навчальної установи на офіційному сайті.

Для поліпшення акумуляторів, які існують зараз, дослідники звернулися до науки за назвою магнітоіоніка — вона вивчає використання перенесення іонів для управління магнетизмом. Вони вигадали нову конструкцію електрода, яка змінює магнітне поле в міру того, як частинки літію переміщуються з однієї частини пристрою в іншу під час заряджання та розрядки. За словами вчених, такі зрушення з високою точністю показують стан батареї.

Команда з Баффало створила новий матеріал на основі ванадію, хрому та ціаніду, який використовували як "молекулярний магнітний електрод" у літій-іонній акумуляторній батареї. За допомогою спеціального пристрою для тестування феромагнітного резонансу вони змогли виміряти відхилення в магнітному полі та визначити поточний рівень заряду.

Феромагнітний резонанс — це різновид електронного магнітного резонансу, коли феромагнетик поглинає енергію електромагнітного поля при певних значеннях зовнішнього магнітного поля. Варто пояснити, що феромагнетиками називають речовини, які за певних температур стають намагніченими без зовнішнього магнітного поля.

Здавалося б, у чому особливість технології, якщо зараз будь-який пристрій від ноутбука до смарт-годинника показує стан заряду батареї? Справа в тому, що з часом акумулятори зношуються, і показники на екранах стають менш точними.

За словами команди, новий матеріал для відстеження іонів підвищив точність показника заряду на 2000% і збільшення часу відгуку більш ніж на 5000% порівняно з попередніми підходами, тобто інформація швидше оновлюється в реальному часі. Характеристики електродів роблять їх ідеальними для використання в батареях, що перезаряджаються, і відкривають шлях до моніторингу стану заряду батареї в режимі реального часу. Ще одна особливість матеріалу полягає в тому, що його можна друкувати на 3D принтері, надаючи практично будь-яку форму для впровадження в різноманітні батареї.

"Основною метою цього проєкту була робота над магнітоіонікою, в якій іони використовуються для управління магнетизмом матеріалів. У міру того, як іони літію переміщуються всередину та назовні, матеріал змінює свою намагніченість. Ми можемо контролювати магнетизм, і це дозволяє нам побічно контролювати іони літію — стан заряду. Ми вважаємо, що це новий спосіб забезпечити точне та швидке визначення стану заряду", — пояснив Шеньцян Рен, керівник дослідження.

Раніше в Японії створили аботій-повітряну батарею з рекордною щільністю енергії — понад 500 Втч/кг. Ними пропонують обладнати електросамокати й інший транспорт, у тому числі повітряний, щоб зменшити вагу, одночасно збільшивши запас ходу.

Писали також, що вчені навчилися видобувати літій для акумуляторів із води. Вони використовували магнітні наночастинки для витягування цінного металу на геотермальних станціях або в родовищах нафти й газу. Технологія видобутку виявилася набагато швидшою та дешевшою за методи, що існують зараз.

Компанія Tesla провела дослідження та з'ясувала, що можна побудувати акумулятор із терміном служби 100 років. Відомий інженер Джефф Дан запатентував кілька технологій, які перевершують чинні літій-іонні батареї. Одна з них передбачає додавання нікелю для підвищення щільності енергії.