Ваш нынешний смартфон, по сути, одноразовый. Через пять-семь лет его батарея окончательно потеряет емкость и вздуется, и гаджет придется выбросить. А вот устройства следующего поколения смогут служить гораздо дольше: исследователи из Лимерикского университета создали новый тип аккумулятора, который обещает изменить будущее электромобилей и портативной электроники.
Статью можно прослушать
Литий плохо, натрий еще хуже: давайте соединим их, предлагают ученые
Команда ученых из двух университетов с Британских островов разработала первый в мире «полноэлементный двухкатионный аккумулятор». В нем одновременно задействованы ионы лития и натрия, а в результате резко повысилась емкость и устойчивость источника питания.
Alan Place — University of Limerick
Содержание
Литий против натрия
До сих пор исследователи всего мира совершенствовали литиевые и натриевые батареи по отдельности, на каждом пути встречая свои сложности.
Литий-ионные аккумуляторы – это сегодняшний стандарт для смартфонов, ноутбуков, электросамокатов и электромобилей. Они обеспечивают неплохую плотность энергии, но со временем теряют емкость, плохо переносят холод и могут загореться при повреждении. Трудности производства лития делают их еще и дорогими в производстве.
Решить эти проблемы могли бы натрий-ионные батареи. Они безопаснее, долговечнее и устойчивее к морозу, а сырье для их производства дешево и доступно. Их главный недостаток – низкая плотность энергии. Но все это не имеет значения, потому что промышленность пока не научилась их выпускать большими объемами.
Почему два катиона лучше одного
Новая конструкция объединяет преимущества обеих технологий, нивелируя их недостатки. В созданном ирландскими учеными образце натрий играет роль основного носителя зарядов. Между тем, добавление лития в электролит увеличило емкость фактически в два раза – при том, что самого металла нужно в разы меньше, чем для чистого литий-ионного аналога.
Гибридная батарея еще и требует гораздо меньше кобальта и других экологически вредных компонентов.
Добавление небольшой доли лития в электролит увеличило емкость почти в 2 раза.
Этот научный прорыв – заслуга группы ученых из университетов Лимерика в Ирландии и Бристоля в Соединенном королевстве. Исходная идея принадлежит доктору Сайеду Абдулу Ахаду из ирландского вуза: он и доцент Хью Джини выполнили основную часть исследовательской работы.
Доказать, что натрий-ионные аккумуляторы можно «прокачать» за счет двухкатионного электролита, удалось впервые, сказал доцент Джини для пресс-релиза университета.
Прелесть достижения в том, что двое ученых смогли заставить работать анод с высокой теоретической емкостью. Раньше этого не удавалось достичь, объяснил Ахад.
Как сделать Li+Na стабильным
Детальное описание подхода ученых заняло бы слишком много места в этой статье – если интересно узнать больше, читайте оригинальную статью в журнале Nano Energy.
Если кратко, то улучшение достигнуто за счет взаимодействия ионов лития и натрия во время зарядки и разрядки. Литий выступает в роли «усилителя емкости», помогая при этом системе сохранять стабильность. В испытаниях опытный образец выдерживал до тысячи циклов без заметной деградации.
В испытаниях опытный образец выдерживал до тысячи циклов без заметной деградации.
Если удастся масштабировать эту технологию, литий-натриевые аккумуляторы будут на порядок практичнее и удобнее нынешнего поколения.
Натрий работает — теперь попробуем калий
Воодушевившись результатом, ученые теперь планируют исследовать новые комбинации материалов и ионных систем – например, с кремниевыми анодами или парами вроде литий-магний и калий-литий. Это может привести к появлению следующего поколения аккумуляторов, которые позволят электронике и транспорту служить дольше и тратить меньше ресурсов планеты.