Испытаны электроды для батарей с зарядкой за несколько секунд
Очень быстрая зарядка и высокая удельная мощность — конёк конденсаторов. Но они вмещают мало энергии. Батареи, напротив, обладают отличной ёмкостью, но не позволяют быстро себя «заправить». Совместить темп заряда, как у конденсаторов, с ёмкостью аккумуляторов удалось американским физикам.
Исследователи из университета Иллинойса (UIUC) разработали трёхмерный катод с наноструктурой, позволяющий химическим батареям принимать и отдавать энергию с колоссальной скоростью.
Как рассказывает Green Car Congress, на основе этого катода исследователи построили опытные устройства с литиево-ионной и никель-металлогидридной химией, которым удалось «скармливать» ток величиной до 400C и 1000C соответственно. Напомним, 1C — это зарядный ток, численно равный ёмкости батареи в ампер-часах, он примерно соответствует времени заправки в один час. (Таким образом, при токе 1000C на заправку нужно в тысячу раз меньше времени.)
Достигнутый показатель на один-два порядка превосходит темп заряда, который могут позволить себе батареи с похожими по составу, но цельными электродами. В своей статье в Nature Nanotechnology авторы эксперимента сообщают, что на базе такого катода можно сконструировать, к примеру, литиевые батареи, способные заряжаться на 90% за 2 минуты.
Столь быстрая зарядка и быстрая отдача энергии (высокая выходная мощность) позволит создать импульсные лазеры и дефибрилляторы, которым не требуется передышка на накопление энергии для очередного «выстрела». А электромобили смогут отправляться в дальние поездки: даже если запаса электричества в аккумуляторах не хватит на всю дорогу, зарядка на ближайшей станции займёт не больше пяти минут. Кроме того, учёные прогнозируют появление мобильников, способных заряжаться за секунды.
Необычный электрод исследователи изготовили следующим образом (смотрите рисунок выше). На поверхности была выложена решётка из крошечных сфер, упакованных вплотную друг к другу. Пространство между сферами учёные заполнили металлом. Далее сферы были растворены.
Так получились пористые трёхмерные металлические леса. При помощи электролитической полировки часть металла была удалена, а поры увеличены в размерах.
После этого электрод заполнили активным веществом. Оно образовало на поверхности пор тонкую плёнку, в которой обеспечивалась высокая подвижность ионов, в то время как металл служил для скоростного транспорта электронов. (Подробности также можно найти в пресс-релизе университета.)
Создатели «бинепрерывного трёхмерного электрода» особо отмечают, что он пригоден для батарей практически с любой химией. Это необязательно будут литиевые или никелевые аккумуляторы. Как только учёные придумают в этой области что-то перспективное, высокопористый металлический катод можно попробовать приспособить и для этой новинки.
На емкость батареи, как я понимаю, новшество мало повлияет... А вот долговечности и циклов, подозреваю, может существенно поубавиться.
«Создатели «бинепрерывного трёхмерного электрода» особо отмечают, что он пригоден для батарей с любой химией.» Ну это уже явное бахвальство! Чтоб далеко не ходить, давайте СК батарею представим, построенную по такому принципу... И подумаем, как быстро все эти замечательные поры сдохнут из-за сульфатации...
Но зарядка в 1000С меня пугает — хана проводке. :)
Да и, как ни крути, хлипенько выглядит сотовая структура... Корроции будет подвержена, скорее всего, недолговечна — «прогорать» при реакциях будет... Или я ошибаюсь?
Ну или как-то так. Но вот действует-ли оно в этом случае, я не знаю.
если по теме — насколько я понял, придуман способ создания красивой разветвленной структуры с неплохой доступностью к любой точке. Абсолютно не специалист в данной теме, но
1. похоже, что метод несерийный и в обозримом будущем таковым не станет.
2. при попытке приблизиться к макроскопическим размерам образца возникнут серьезные проблемы, связанные с плавлением части структур из-за слишком сильного тока — толщина проводников ведь везде постоянна. что в глубине, что у токосъемной поверхности
3. «пропитка» составом, хранящим энергию тоже сильно замедлится => неоправданно вырастет время производства
1. Автомобили когда-то тоже несерийными были. Тоже, думаю, решабельно.
2. Действительно, проблема... Хотя...
даже если бы структура была дендримерной, слишком быстро сниматьзакачивать энергию не получится при сколь угодно малых ненулевых сопротивлениях — аккумулятор будет очень сильно греться (а при коротком замыкании — и взрываться). не у места съема напряжения, так по всему объему. и не понятно еще, что проще технически предотвратить
пока писал еще один баг вспомнил, но он решаемый: в очень тонких проводах (нанометры) дефекты увлекаются током зарядов. IBM с этим в свое время столкнулось и сильно боролось. приводит к уплыванию формы проводника от изначальной