Исследователи нашли способ улучшить современные аккумуляторы

Ученые обещают, что проблема ежедневной зарядки интернет-планшетов и смартфонов может оказаться в прошлом благодаря новой технологии производства литий-ионных аккумуляторов. На этой неделе группа физиков из Северо-западного университета в США и Аргоннской национальной лаборатории США опубликовала исследование, в котором ученые предлагают решение самой острой проблемы современных литий-ионных аккумуляторов - электродов, удерживающих электрический заряд.

В опубликованных результатах исследования специалисты предлагают пути для улучшения катодов и анодов, используемых в современных аккумуляторах. По их словам, предлагаемая конструкция аккумулятора предусматривает анод, позволяющий зарядиться аккумулятору всего за 15 минут, но иметь емкость в 10 раз большую, чем современные батареи. Также авторы методики говорят, что отказ от современных графитовых анодов и переход на аноды из оксида титана позволит заряжать сотовые телефоны за считанные минуты.

В современных устройствах аккумуляторы имеют дело с литиевыми ионами (атомы с положительным зарядом), перемещающимся между анодом и катодом на разных частях батарейки. Во время заряда ионы движутся в одном направлении, а во время разрядки - в другом, путешествуя по гелеобразному электролиту.

Увеличить скорость передвижения литиевых ионов специалисты предложили за счет иной конструкции анода и иных материалов. Вместо того, чтобы использовать очень тонкие листы углеродного графита, исследователи говорят о целесообразности использования кремниевых листов низкой плотности. Такая организация позволяет удержать значительно больше ионов лития, чем углерод. Полученный таким образом анод имеет крошечные отверстия для движений ионов, тогда как сами листы сохраняют свою целостность и не разрушаются.

Исследователи говорят, что раньше в аккумуляторах не использовали кремний, так как он имеет тенденцию к расширению под воздействием ионов, теперь же проблема расширения была решена.

"В итоге, мы получаем значительно более высокую энергетическую плотность и снижаем потери материала, исключив расширения и сужения", - говорят авторы исследования.

Сейчас исследователи говорят о создании прототипа нового аккумулятора, который полностью сохранил свои показатели после 150 циклов зарядки/разрядки.

В Аргоннской лаборатории говорят, что также работают над замещением графита другими материалами, в частности оксидом титана. Прежде считалось, что данный материал не имеет кристаллической структуры, а потому является плохим кандидатом на использование в электротехнике. Однако в процессе опытов было установлено, что под воздействием тока, молекулы этого материала могут выстраиваться в ряды, что делает оксид титана превосходным претендентом на использование в качестве анода.