Предложен новый метод ускорения зарядки батарей

Компьютерная модель анода литиевой батареи, применённая в данном исследовании (иллюстрация Ibrahim Abou Hamad et al./Phys. Chem. Chem. Phys.).

Во много раз сократить время наполнения обычных литиево-ионных аккумуляторов можно при помощи несколько неожиданного дополнительного воздействия на батарею. Хотя данное открытие группа физиков и химиков из университетов Миссисипи (Mississippi State University) и Флориды (Florida State University) совершила при помощи суперкомпьютерного моделирования, учёные уверены, что оно способно преподнести сюрпризы и при фактической реализации.

Ключевой момент процесса заряда литиевой батареи — встраивание (интеркаляция) ионов лития в высокопористый графитовый электрод (получается разновидность компаунда — GIC).

В ходе обычной зарядки электрическое поле, образованное при приложении напряжения к электродам, помогает ионам лития преодолеть потенциальный барьер в графите и проникнуть в него. Скорость этого «насыщения» — один из важнейших лимитирующих факторов, определяющих темп заряда в целом. (Кстати, аналогичную проблему ускорения транспорта ионов другая группа исследователей решила изобретением "кольцевой автодороги".)

Чтобы изучить интеркаляцию детальнее, авторы новой работы построили в компьютере молекулярную динамическую модель данной части аккумулятора, которая включала 160 атомов углерода (собранных в 4 графеновых слоя), растворитель, представленный 69 молекулами пропиленкарбоната и 87 молекулами этиленкарбоната, а также необходимые для работы батареи ионы гексафторфосфата (две штуки) и собственно ионы лития (10 штук, большие белые шарики на рисунках).

В ходе различных «издевательств» над этой системой выяснилось, что приложение к графитовому электроду внешнего осциллирующего электрического поля (перпендикулярно графеновым листам, с частотой 25 гигагерц) заметно ускоряет интеркаляцию, помогая литию преодолевать потенциальный барьер.

Смоделированная система с добавочным пульсирующим полем через 19 наносекунд после начала заряда. Первый ион лития уже проник в графит. Сравните это с рисунком под заголовком, который показывает ту же систему, но в классическом случае (без осциллирующего поля) и через 200 наносекунд. Несмотря на такое время, ещё ни один литиевый ион не попал по назначению (иллюстрация Ibrahim Abou Hamad et al./Phys. Chem. Chem. Phys.).

Заманчивее всего оказалось открытие того факта, что с ростом амплитуды поля среднее время, необходимое «тестовым» ионам, чтобы запрыгнуть внутрь графита, падает экспоненциально. Это было проверено сотнями раундов моделирования с различными параметрами поля и случайным исходным положением молекул. Детали работы раскрывает открытая статья в журнале PCCP. (Читайте также про 11-минутный электромобиль.)



Создан аварийный фонарик с 20-летней батареей

18 ноября 2009

Американцы разработали супераккумулятор на ионной жидкости

9 ноября 2009

Впервые созданы перезаряжаемые воздушно-цинковые батареи

30 октября 2009

Команда студентов строит 11-минутный электромобиль

11 августа 2009

Создан прототип водно-литиевой батареи

29 июня 2009