Батарея, изобретенная случайно, способна работать 400 лет

Исследователи случайно изобрели батарею, которая работает вечно

Несчастные случаи в лабораториях — это не хорошо. Но что, если этот несчастный случай приведет к неожиданному результату, который позволит исследователям создать систему, способную сделать батареи в 400 раз долговечнее, чем лучшие батареи на сегодняшний день?

Исследователи из Университета Калифорнии в Ирвайне случайно создали батарею, которая может работать до 200,000 циклов перезарядки и может прослужить в 400 раз дольше. Это открытие может приблизить нас к батареям, которые можно заряжать тысячи раз без необходимости замены.

Изначальная идея исследования заключалась в создании твердотельной батареи путем замены обычной жидкости в литиевых батареях на гораздо более густой электролитный гель, согласно их исследованию, опубликованному в журнале ACS Energy Letters. Они также заменили литий в батареях на золотые нанопровода для хранения электричества.

«Мы начали циклировать устройства и затем поняли, что они не собираются выходить из строя», — сказал Регинальд Пеннер, один из авторов статьи. «Мы пока не понимаем механизм этого».

Технология батареи Ирвайна использует золотой нанопровод, не толще бактерии, покрытый оксидом марганца и защищенный слоем электролитного геля. Гель взаимодействует с металлическим оксидным покрытием, чтобы избежать коррозии. Чем длиннее провод, тем больше площадь поверхности и тем больше заряда он может удерживать.

«[Гель] делает больше, чем просто удерживает провод вместе. Он, похоже, делает металлический оксид более мягким и более устойчивым к разрушению. Он увеличивает прочность на разрушение этого металлического оксида, который отвечает за хранение заряда», — сказал Пеннер.

Нанобатарея UCI была протестирована в условиях испытаний в течение трех месяцев, показывая «94-96% средней кулоновской эффективности», согласно исследователям. Не было зафиксировано потери емкости или мощности и разрушения каких-либо нанопроводов во время теста.

Кандидат наук UCI Мая Ле Тхай стала тем человеком, который превратил случайное изобретение в реальность, когда она покрыла набор золотых нанопроводов диоксидом марганца, а затем нанесла «плексигласоподобный» электролитный гель. Эти нанопровода обычно разрушаются после ограниченного использования, так как их хрупкость приводит к трещинам во время зарядки и разрядки. Однако, когда исследователи UCI протестировали версии Маи, они обнаружили, что они почти полностью целы и готовы к дальнейшему использованию.

«Мая экспериментировала, и она покрыла это все очень тонким слоем геля и начала циклировать», — сказал Пеннер. «Она обнаружила, что просто используя этот гель, она могла циклировать его сотни тысяч раз, не теряя емкости».

«Это было безумие, потому что такие вещи обычно выходят из строя в драматической манере после 5,000 или 6,000 или 7,000 циклов максимум», — сказал он.

Исследователи подозревают, что гель заставил металлический оксид в батарее пластически деформироваться, придавая его нанопроводам новую гибкость и долговечность батареи.

«Покрытый электрод лучше сохраняет свою форму, что делает его более надежным вариантом», — сказала Тхай. «Это исследование доказывает, что электрод на основе нанопровода может иметь долгий срок службы и что мы можем сделать такие батареи реальностью».

Если новая технология будет применена к современным потребительским электронике, это может создать батарею, которая будет работать в 400 раз дольше, чем обычные литиевые батареи. Но нанобатарея UCI все еще находится на стадии разработки, и пройдет еще много времени, прежде чем она станет доступной для коммерческого использования. Однако, как только она станет доступной, это может существенно изменить ситуацию с компьютерами, смартфонами и бытовыми приборами на рынке в плане обеспечения питания для устройств.

Исследование проводилось в сотрудничестве с Центром исследований передовых технологий для хранения электрической энергии в Университете Мэриленда, с финансированием от отдела основных энергетических наук Министерства энергетики США.

Источник: новости UCI