В лабораториях университетов и корпораций продолжаются исследования, призванные избавить мир от двух самых неприятных особенностей современных аккумуляторных батарей — длительного процесса их зарядки и ухудшения емкости с течением времени независимо от эксплуатации.
Сообщается, что в Иллинойском университете придуман способ почти мгновенного пополнения батарей электричеством, притом что, в отличие от предыдущих методик, он пригоден равно как для ионно-литиевых, так и основанных на никеле аккумуляторов.
Предыдущая работа специалистов касалась литиевых изделий, и фокусировалась на ускорении перемещения ионов лития в пределах батареи за счет изменения структуры основного материала — литий-железо-оксид фосфата: увеличение этой скорости снижало время зарядки.
Нынешний подход также задействует ускорение, но другим путем: через сокращение дистанции, которую должны преодолеть ионы, чтобы достичь электрода, ведь время, за которое осуществляется диффузия ионов, увеличивается с квадратом расстояния, на которое они должны переместиться. Ученые пробуют создать тщательно структурированный катод.
Процесс очень прост и готов к массовому внедрению. Берется набор шариков полистирола, и, изменяя размер этих наносфер (используются 1,8-мкм и 466-нм шарики), корректируется показатель пористости с достижением 94-процентного уровня при 96% теоретического предела. После наделения жесткостью эта структура заполняется основным батарейным материалом (например, никель-металл гидридом или обработанным литием диоксидом марганца). Пористая электролитная сеть обеспечивает быстрый транспорт ионов, короткое расстояние до электродов, высокую удельную проводимость электродов. В итоге получается батарея, действующая очень похоже на суперконденсатор, когда дело доходит до оценки скорости заряда и разряда.
Так, с никель-металл гидридным материалом электроды способны выдать 75% нормальной емкости батареи за 2,7 с, притом что для пополнения электричеством 90% емкости достаточно 20 с. Искомые показатели времени остаются стабильными после 100 циклов заряда-разряда. Литиевый материал характеризуется худшими свойствами: 60 с и две минуты. Подобные батареи сохранят треть емкости после тысячи циклов. Вообще же их емкость на три четверти меньше таковой в обычных батареях при тех же размерах ввиду сниженной энергетической плотности, значит, придется на 25% увеличить массу новых аккумуляторов, хотя это неплохой компромисс за возможность мгновенной зарядки.
