Нова технологія літій-іонних батарей

Літій-іонна батарея, принцип роботи

Дослідники Університету Іллінойса розробили нову технологію літій-іонних батарей, які в 2000 разів потужніші у порівнянні з аналогами. За словами вчених, це не просто черговий крок в еволюційному розвитку батарей, а «абсолютно нова технологія, яка змінює традиційну парадигму джерел живлення».

На теперішній момент зберігання енергії – це питання компромісів. Можна отримати високу потужність (Вт), чи багато енергії (Вт-год), але не те і інше одночасно. Суперконденсатори можуть віддавати величезну кількість енергії, але лише протягом декількох секунд, паливні елементи можуть запасати величезні її кількості, але така енергія обмежена у своїй піковій віддачі. І це є проблемою, оскільки більшість зразків сучасної передової електроніки – смартфони, кишенькові комп’ютери, електромобілі – потребують усе більших та більших об’ємів енергії та потужності. Літій-іонні батареї на теперішній момент являють собою найкраще співвідношення цих параметрів, але навіть найбільш ефективні літій-іонні батареї вимагають від промислових дизайнерів і інженерів серйозних компромісів при створенні нового обладнання.

Але тепер ми маємо нову батарею з Університету Іллінойс, яка подібно суперконденсатору має високу питому потужність, і в той же час таку ж щільність енергії, як і у сучасних нікель-цинкових та літій-іонних батарей. По даним опублікованого університетом прес-релізу, новий тип розробленої батареї дозволяє бездротовим обладнанням транслювати свій сигнал в 30 раз далі при розмірі батареї в 30 раз менше за традиційну. І до цього всього, нову батарею можна перезаряджати – і заряджається вона у 1000 раз швидше, ніж традиційні літій-іонні акумулятори.

Принцип роботи літій-іонної батареї

Цей технологічний прорив став можливий завдяки новій структурі аноду й катоду, розробленої дослідниками Університету Іллінойса. Коротко кажучи, стандартна літій-іонна батарея має твердий двовимірний анод із графіту й катод із літієвої солі. Нова ж батарея має пористі тривимірні анод і катод. Щоб створити таку нову структуру електродів, дослідники закріпили шар пінопласту на скляній підкладці, а потім електролітичним способом нанесли шар нікелю на пінопласт, нікель-олов'яний сплав на анод і діоксид марганцю на катод. Наведена вище схема пояснює деталі цього процесу.

Як наслідок, такі пористі електроди мають велику площу поверхні, що дає можливість проходженню більшої кількості хімічних реакцій на одиницю об'єму, у результаті чого відбувається надзвичайно великий приріст у швидкості розряду (вихідної потужності) і часу зарядки. Вченим уже вдалося створити за допомогою цієї технології мікробатарейку розміром з ґудзик, і на наведеному нижче графіку можна побачити її характеристики у порівнянні із традиційним елементом Sony CR1620. 

Графік

Питома потужність та щільність енергії для різних технологій батарей, включаючи нову мікроструктуровану літій-іонну батарейку з Університету.

У реальному застосуванні така технологія дозволить оснащувати споживчі обладнання більш мініатюрними й легшими батареями – лишень уявіть собі смартфон з акумулятором товщиною в кредитку, який заряджається за кілька секунд! За межами споживчої технології вона також знайде собі безліч застосувань – наприклад у високопотужних лазерах та медичному обладнанні, а також в інших областях, де традиційно застосовуються суперконденсатори. Але для того, щоб це все відбулося, вчені Університету Іллінойса повинні спершу довести, що їхня технологія може масштабуватися до більших типорозмірів, і що процес виробництва не занадто дорогий для комерційного застосування. А ми будемо сподіватися на краще.

Джерело: http://gearmix.ru.