Увеличить емкость литий-ионной аккумуляторной батарейки в 3 раза — это реально!

Годовалая новость о возможности повышения емкости Li-ion перезаряжаемого элемента питания была воспринята с воодушевлением каждым, кто пользуется данным классом батареек. Тогда же о новинке заговорили СМИ, прогнозируя не только трехкратное повышение емкостных качеств, но и снижение времени зарядки, ссылаясь на новые научные разработки и технологии.

Впервые о результатах своих исследований сообщил университет Южной Калифорнии, где ученым удалось вывести новую группу литий-ионных аккумуляторных источников тока. В новых батарейках, как следовало из сенсации, графитовые аноды должны были смениться пористыми кремниевыми наночастицами.

Тем самым научный мир заявил о создании новейшей Li-ion аккумуляторной батарейки, трехкратно превосходящей графитовые аналоги. При этом время, затрачиваемое на подзарядку, уменьшилось до 10 минут.

Перспективы применения новейших литиевых батареек на практике очевидны. Такие элементы питания (по прогнозам ученых) смогут заменить все ныне действующие питающие элементы в мобильной технике, смартфонах, планшетах, ноутбуках, и даже гибридных автомобилях. Притом, что на изобретение уже был получен предварительный патент, перспективы оказались широкими и разнообразными. На реализацию процессов потокового производства требуется каких-нибудь 2-3 года, из которых 1 год уже истек весною 2014 года.

Руководитель проекта Чонгву Жоу и группа аспирантов провели предварительные исследования, результаты которых заинтересовали весь мир. Напомним, что данные научной деятельности были опубликованы в журнале Nano Research (январь 2013 года), а значит, осталось ждать совсем недолго!

Стоит также отметить, что предшествующие эксперименты с анодом из кремния не давали значимых результатов. Так, экспериментальные батарейки быстро оказывались нежизнеспособными ввиду разрушения кремниевых компонент, т.к. они регулярно сжимались и расширялись при каждом цикле перезарядки.

Успешные эксперименты в Южной Калифорнии стартовали еще в 2012 году, когда были задействованы кремниевые наноровода с диаметром, не превышающим 100 нм, и длиной в единицы микрон. Пористая структура при этом играла решающую роль при расширении и сужении материала без каких-либо деструктивных последствий для его целостности.

Пористая структура кремневого нанопровода позволит повысить количество циклов «разряд/зарядки» до 2000, что существенным образом отличается от нынешних характеристик. Напомним, что современная классическая литий-ионная аккумуляторная батарейка выдерживает только 500 перезарядок.

Главные сложности того эксперимента крылись в сложности массового изготовления кремниевых нанопроводов. И именно поэтому было принято решение об использовании мельчайших кремниевых сфер, которые прекрасно справляются с ролью наночастиц и имеются в текущем производстве. Единственно, что оставалось довершить, — это придать сферам кремния пористую основу, при которой они будут идентичны с нанопроводами.

И здесь появляется еще одна проблема: изготовленные таким образом нанопровода выдерживают не более 200 циклов подзарядки, чего недостаточно для полноценной работы аккумулятора.

В любом случае исследовательская и научная работа продолжается. Ученые всего мира заняты поиском и подбором новейших материалов для анода и катода, способных обеспечить:

— большое число рабочих циклов;
— высокую энергоемкость;
— малое время зарядки;
— должное напряжение на клеммах;
— малые габариты изделия;
— долговечность в работе.