Дослідники з іллінойського університету в Урбан-Шампейн розробили літій-іонний акумулятор, який в 2000 разів перевищує за ємністю сучасні батареї, створені з використанням теперішніх технологій. За словами вчених, це не просто наступний еволюційний крок у технології створення акумуляторів – це “принципово нова високоефективна технологія, яка ламає парадигми розробки систем зберігання енергії”.
На даний момент творцям систем зберігання енергії доводиться йти на безліч компромісів. Можна створити високопотужний систему (ват) або систему підвищеної ємності (ват* год) – але вибирати можна тільки одне з двох. Суперконденсатори здатні вивільняти величезну кількість електроенергії, але тільки протягом декількох секунд. Паливні елементи можуть зберігати величезну кількість енергії, але їх пікова вихідна потужність вкрай мала. Це велика проблема, оскільки для живлення сучасних гаджетів – смартфонів і ноутбуків потрібна висока потужність і велика ємність. Наразі літій-іонні батареї є найоптимальнішим варіантом для подібних пристроїв. Але при використанні навіть найсучасніших літій-іонних акумуляторів промислові дизайнери та інженери-електронники змушені йти на серйозні компроміси при створенні нового пристрою.
І тут з’являються батареї з Університету Іллінойсу, які мають більш високу щільність потужності, ніж суперконденсатори. Відповідно до прес-релізу американського університету, нова технологія дозволить в 30 разів збільшити радіус дії сигналу бездротових пристроїв або, що набагато корисніше, зменшити габарити акумуляторів гаджетів в 30 разів. При цьому заряджати нову акумуляторну батарею можна в 1000 разів швидше, ніж звичайні літій-іонні аналоги.
У новій батареї використовуються пористий тривимірний анод і аналогічний катод
Настільки вражаючі досягнення обумовлені переходом на катод і анод нового типу. Нагадаємо, що в стандартних літій-іонних акумуляторах зазвичай анод з графіту з двовимірної структурою і катод з літієвої солі. У новій батареї використовуються пористий тривимірний анод і аналогічний катод. Щоб отримати нові електроди, дослідники створюють базову структуру з полістиролу (пінопласту) на скляній підкладці, осаджують електролітичним шляхом нікель на полістирол, а потім осаджують електролітичним шляхом олово-нікелевий сплав на анод і діоксиду марганцю на катод. На малюнку вище процес пояснюється більш докладно.
В результаті ці пористі електроди отримують величезну площу поверхні, що дозволяє збільшити число одночасних хімічних реакцій в певному просторі. Так досягається рекордна швидкість розрядки (потужність) і зарядки. До теперішнього моменту американським дослідникам вдалося успішно застосувати цю технологію для створення мікробатареї розміром з гудзик.
На графіку нижче ви можете побачити, наскільки ефективною вийшла їх батарейка в порівнянні зі звичайним елементом живлення Sony CR1620 (також можна оцінити щільність енерговиділення в порівнянні зі щільністю потужності в розрізі різних акумуляторних технологій). Результати нового літій-іонного акумулятора з мікроструктурними анодом / катодом з Університету Іллінойсу (різних його модифікацій) відповідають різнобарвним точкам на графіку. Щільність енерговиділення трохи нижче в порівнянні з Sony CR1620, але щільність потужності в 2000 разів більше.
У реальному світі ця технологія, ймовірно, буде використовуватися для оснащення споживчих пристроїв акумуляторами, які набагато менші і легші сучасних аналогів. Уявіть собі смартфон з батареєю товщиною з кредитну карту, зарядити яку можна протягом декількох секунд. Цілком ймовірно, що впровадження нової технології не обмежиться споживчої електронікою. Вона може використовуватися для забезпечення працездатності лазерів і виробів медичного призначення, а також застосовуватися в інших галузях, де зазвичай використовуються суперконденсатори.
Проте, щоб не сталося, вченим з Університету штату Іллінойс спочатку треба довести, що їхня технологія буде комерційно успішною. Для цього потрібно створити більші батареї, а також оптимізувати виробничий процес.
