"Батарея Едісона" заряджається за секунди і тримає заряд десятки років: як вона працює
Вчені з Каліфорнійського університету розробила прототип нікель-залізної батареї, яка заряджається за секунди і зберігає характеристики понад 12 000 циклів. Така довговічність еквівалентна 30 рокам щоденної підзарядки.
Команда дослідників очікує, що ця технологія дасть змогу стабілізувати електромережі та керувати нестабільною відновлюваною енергією.
Швидка зарядка, висока вихідна потужність і висока довговічність цієї технології свідчать про те, що вона підходить для зберігання надлишкової електроенергії, що виробляється сонячними електростанціями протягом дня, для живлення мережі вночі. Вона також може бути корисна для резервного живлення в центрах обробки даних.
Однак ця технологія поки що не відповідає щільності енергії літій-іонних батарей. У технології використовуються кластери нікелю і заліза розміром менше 5 нанометрів, що означає, що від 10 000 до 20 000 кластерів можуть поміститися в товщину людської волосини. Використовуючи ці розміри, дослідники збільшили площу поверхні електрода, що дозволило майже кожному атому брати участь у хімічній реакції. Така ефективність дозволяє батареї повністю заряджатися за секунди, а не за 7 годин, як це було у випадку з історичними версіями цієї технології.
Розробка заснована на концепції 1900 року, коли електромобілі перевершували за кількістю автомобілі з бензиновими двигунами, але мали запас ходу всього 30 миль. Томас Едісон намагався поліпшити цей показник, використовуючи нікель-залізну хімію, щоб досягти запасу ходу в 100 миль, але в кінцевому підсумку його напрацювання витіснили двигуни внутрішнього згоряння.
Новий прототип, розроблений у Каліфорнійському університеті, використовує двовимірний графен і білки для подолання проблем із провідністю, які раніше обмежували цей тип батарей.
Дослідницька група використовувала білки, отримані з яловичини, як шаблони для вирощування металевих кластерів. Ці білки змішували з оксидом графена, матеріалом товщиною в один атом. Суміш перегрівали у воді, а потім запікали за високих температур, що перетворювало білки на вуглець і впроваджувало кластери нікелю і заліза в структуру. Отриманий матеріал являє собою аерогель, що складається на 99% з повітря за обсягом.
Ефективність батареї зумовлена її великою площею поверхні. Оскільки графеновий аерогель тонкий і пористий, у ньому достатньо місця для хімічних реакцій. У міру того, як металеві частинки стискаються в нанокластери, співвідношення площі поверхні до об'єму збільшується. Це дає змогу досягти більш високих швидкостей заряджання і розряджання порівняно з традиційними конструкціями батарей, оскільки іонам доводиться долати менші відстані й у них більше місць для утворення зв'язків.
Дослідники вивчають можливість використання інших металів з цією технологією виготовлення нанокластерів. Вони також тестують природні полімери як більш поширену заміну бичачим білкам для полегшення потенційного виробництва. Команда розраховує використовувати цю технологію для стабілізації електромереж і управління нестабільним виробленням відновлюваної енергії.
Раніше ми писали про те, що мільйони сонячних панелей дали збій. Китай не може відмовитися від вугілля, і численні сонячні ферми ситуацію не рятують. Аналітик Девід Фіклінг пояснив, чому це так.