Группа исследователей из Корнельского университета разработала революционную архитектуру батареи, которая однажды может увеличить емкость аккумулятора, сократив время зарядки до считанных секунд.
Новый подход к хранению энергии вскоре позволит заряжать аккумулятор телефона за считанные секунды.
Исследователи из Корнельского университета недавно опубликовали статью с изложением новой архитектуры батареи, в которой используются более мелкие самособирающиеся компоненты на наноуровне, что позволяет не только молниеносно заряжать, но и увеличивать емкость хранения энергии.
«Это действительно революционная архитектура батареи», - Ульрих Визнер, представитель Spencer T. Олин, профессор инженерии на кафедре материаловедения и инженерии Визнер, сообщил Cornell Chronicle. Визнер возглавляет группу исследователей, чья статья «Трехмерный взаимопроникающий многофункциональный гироидальный наногибрид, полученный из блок-сополимера, для хранения электроэнергии» была опубликована 16 мая в журнале Energy and Environmental Science.
Новая модель переворачивает структуру традиционных батарей, состоящих из трех основных частей: анода (-), катода (+) и электролита. В батареях химические реакции вызывают накопление электронов на аноде. Эти электроны «хотят» попасть в сторону с противоположным зарядом - к катоду, - но они блокированы электролитом, поэтому они движутся по цепи, питая все устройства на своем пути.
Но вместо этого новая модель работает за счет переплетения анодов и катодов в самособирающейся трехмерной гироидальной структуре, «с тысячами наноразмерных пор, заполненных компонентами, необходимыми для хранения и доставки энергии», - сообщает Cornell Chronicle. пишет. По сути, новая установка максимально увеличивает потенциальное пространство внутри батареи за счет использования чрезвычайно крошечных компонентов, объединенных в сложную геометрическую структуру, называемую гироидом.
«Эта трехмерная архитектура практически исключает все потери из-за мертвого объема в вашем устройстве», - сказал Визнер. «Что еще более важно, уменьшение размеров этих взаимопроникающих доменов до наномасштаба, как это сделали мы, дает вам на порядки более высокую плотность мощности. Другими словами, вы можете получить доступ к энергии за гораздо более короткое время, чем это обычно делается с обычными архитектурами батарей».
Насколько короче? Визнер подсчитал, что ваше устройство может быть полностью заряжено «к тому времени, как вы вставите кабель в розетку, за секунды, а возможно, даже быстрее».
Исследователи все еще работают над технологией, и неясно, когда она может быть реализована в больших масштабах, но в настоящее время группа получает патентную защиту.
Почему у нас до сих пор нет сверхэффективных аккумуляторов?
Это не из-за отсутствия попыток. В течение многих лет инженеры отчаянно искали способы повысить эффективность батареи. Это был относительно медленный процесс. Основная проблема заключается в ограничении возможностей перезаряжаемых литий-ионных аккумуляторов.
В частности, графитовые аноды в этих батареях могут удерживать только определенное количество ионов лития. Вот почему сейчас многие компании производят аноды на основе кремния, материала с гораздо более высокой несущей способностью. Это было нелегко. Кремний набухает во время зарядки, поэтому ученым пришлось модифицировать материал, чтобы сделать его достаточно стабильным для питания сотовых телефонов и других устройств без разрушения.
Одним из факторов, который, вероятно, поможет улучшить аккумуляторную технологию по всем направлениям, является неуклонно падающая стоимость оборудования. С 2012 года цена на литий-ионные модули снизилась на 70 процентов, и аналитики прогнозируют, что цены продолжат падать.