Ученые Стэнфорда стремятся создать «Святой Грааль» в сфере аккумуляторов
Эксперты Стэнфордского университета под руководством профессора материаловедения и инженерии Йи Кюиа работают над новым видом аккумуляторных батарей, которые могут совершить революцию в разработках электромобилей.
В статье, опубликованной в журнале Nature Nanotechnology, ученые из Стэнфордского университета пишут, что они совершили большой шаг в направлении достижения того, что инженеры всего мира пытались сделать в течение многих десятилетий - спроектировать литиево-ионную батарею нового поколения.
Все аккумуляторы имеют три основных компонента: электролит, анод и катод. Мы называем современные батареи литиевыми, но это верно лишь отчасти. Такие накопители энергии работают за счет наличия лития в электролите, но не в аноде, что могло бы дать огромный толчок в развитии эффективности батареи.
«Из всех материалов, которые можно было бы использовать в качестве анода, литий имеет наибольший потенциал. Некоторые называют его “Святым Граалем”. Он очень легкий и имеет самую высокую плотность энергии, позволяя получать больше энергии на единицу объема и веса. Это может привести к созданию более легких аккумуляторов меньшего размера, но с большей емкостью», - пояснил Йи Кюи.
Большинство литиево-ионных батарей, как в смартфонах, так и в электроавтомобилях, работают аналогично. Между отрицательным полюсом (анодом), который вырабатывает электроны, и катодом, через который они вновь попадают после прохождения через всю цепь, располагается электролит. Он может быть твердым или жидким и содержит положительно заряженный ионы лития.
Во время зарядки положительно заряженные ионы лития в электролите притягиваются к отрицательно заряженным анодам, и литий накапливается на аноде. Современные литиево-ионные батареи на самом деле состоят из графита или кремния.
Однако инженеры стремятся использовать литий в качестве анода, но до сих так и не смогли этого сделать, потому что ионы лития расширяются в момент их сбора на аноде для зарядки.
Результатом исследования инженеров из Стэнфорда стала литиево-ионная батарея, которая имеет емкость, позволяющую электромобилю покрывать расстояния в 482 км. Это может привести к снижению стоимости этого вида транспортных средств примерно на $25 тысяч.
В основе новинки лежит крайне тонкий слой из сотовидных углеродных наносфер толщиной около 20 нанометров, для создания которого потребовалось 5000 слоев углерода. Такая батарея имеет КПД в 90% даже после 150 циклов зарядки-разрядки.
