Если вы периодически вынуждены сидеть дома, ожидая пока аккумуляторы вашего мобильного устройства наполнятся энергетическим соком от розетки, то эта новость для вас.
В настоящее время литиево-ионные батареи обладают очень высокими энергетическими плотностями, однако они же характеризуются низкими скоростями зарядки, что связано со скоростью перемещения ионов лития (являющихся в большинстве случаев основными носителями заряда) по материалу батарей. В действительности считается, что скорость перемещения ионов лития в большинстве используемых в настоящее время батарей довольно низка, однако теоретические расчеты показывают, что причин для этого нет – ионы, по крайней мере в батареях на LiFePO4, могут перемещаться довольно быстро. А единственным ограничением скорости зарядки в них является то, что ионы могут проникать в материал батарей только через определенные микроскопические туннели.
Чтобы решить эту проблему исследователи из Массачусетского технологического института разработали процесс, который дезорганизует литиево-фосфатное покрытие кристаллов LiFePO4, создавая таким образом внешний материал с толщиной в 5нм, обладающий очень высокой мобильностью лития и позволяющий ионам лития очень быстро проникать внутрь батарей, а также быстро уходить из нее. Благодаря такому внешнему покрытию ионы лития получили возможность очень быстрого нахождения подходящего места на кристаллах LiFePO4.
Результаты разработки просто ошеломляют. На низких скоростях разрядки они позволили ячейке, приготовленной из этого материала, разрядиться до своего теоретического предела (~166mAh/g). При этом после 50 циклов зарядки/разрядки общая емкость батарей не получила значительных изменений.
Однако самые удивительные результаты были достигнуты, когда исследователи увеличили катод ячеек, чтобы разрешить прохождение через него большего тока. Увеличение скорости зарядки в 100 раз снизило энергетическую плотность до 110mAh/g, однако потребовало увеличения силы тока на два порядка. Удивительно, но при таких условиях зарядная емкость батарей в действительности увеличивается, т.к. подвергается большему количеству циклов зарядки/разрядки. Дальнейшее удвоение числа носителей заряда привело к сокращению емкости вполовину, однако опять же потребовало удвоения силы тока. При этом вся батарея получила возможность разряда за 9 секунд, что ранее было достижимо только на суперемкостях.
Впрочем, такой подход создает проблемы контакта лития с электродами, и также требует большего места под сами электроды. Кроме того, возникает огромная проблема энергопотребления. Так, батарею телефона на 1Wh можно зарядить за 10 секунд, однако для этого потребуется 360W энергии. В тоже время батарею автомобиля можно полностью зарядить за пять минут, однако для этого потребуется уже 180kW энергии (что, вообще говоря, совсем не мало и даже опасно, учитывая, что провода подключать будет пользователь).
И, тем не менее, уже в течение двух-трех лет новые батареи должны появиться в продаже.
Комментарии (0)