Случайное открытие: практически «вечный» аккумулятор

Постепенная потеря ёмкости аккумулятором является одной из насущных проблем отрасли. Современные литиево-ионные аккумуляторы, как обещают их разработчики, могут выдерживать примерно 500–1000 циклов перезарядки. Но открытие исследователей Калифорнийского университета в Ирвайне может помочь увеличить жизненный цикл батарей в десятки и сотни раз.

pubs.acs.org

pubs.acs.org

Как утверждается в соответствующей научной публикации «100k Cycles and Beyond: Extraordinary Cycle Stability for MnO2 Nanowires Imparted by a Gel Electrolyte», учёным удалось добиться существенного увеличения времени жизни аккумулятора благодаря замене жидкого электролита гелевым электролитом на основе полиметилметакрилата (PMMA) в батарее с золотыми нанонитями. Сами нанонити покрыты слоем двуокиси марганца. Для нанонитей с толщиной покрытия двуокиси марганца 300 и 222 нм жизненный цикл составил более 100 тысяч циклов зарядки-разрядки, а рекордное значение 200 тыс. достигнуто при использовании нанонитей с оболочкой толщиной 143 нм.

pubs.acs.org

pubs.acs.org

Изначально это был эксперимент с использованием нанотехнологий в аккумуляторах. Но в ходе исследований изобретатели неожиданно обнаружили, что ёмкость аккумуляторов практически не снижается после большого количества перезарядок.

pubs.acs.org

pubs.acs.org

Пока что учёные сами не могут объяснить это явление.

Выход по току после 100 тыс. циклов зарядки-разрядки остаётся на уровне 96 %. Для нанонитей с оболочкой толщиной 143 нм после 30–40 тыс. циклов выход по току составляет более 98 %. В предыдущих экспериментах с использованием жидкого электролита жизненный цикл достигал 2–8 тыс. циклов зарядки-разрядки. 

В научной публикации приводятся подробности изготовления гелевого электролита. Для этого изобретатели добавили 1,6 грамма полиметилметакрилата к пяти миллилитрам окиси хлора и лития в сухом поликарбонате. Смесь была растворена с помощью нагрева до 115 градусов Цельсия. В эксикаторе (специальный сосуд для высушивания) масса была охлаждена до комнатной температуры, после чего она преобразовалась в гелеобразное состояние.

Отметим, о серийном производстве новых аккумуляторов речь пока не идёт. Дело не только в высокой стоимости (использование золота для нанопроводников, а также высокая сложность изделия) — технологически процесс производства ещё не проработан.  

Разработчики аккумуляторов непрерывно трудятся над созданием более совершенных источников питания, так как современные батареи в большинстве случаев не могут полностью удовлетворить потребителя. Так, компания Sony пообещала выпустить ёмкую батарею с твёрдым электролитом, но она характеризуется жизненным циклом всего 2 тыс. циклов заряда-разряда. В Стэнфордском университете предложили аккумулятор с кремниевыми анодами ёмкостью в 10 раз выше типичных решений. Но особой «долговечностью» он вряд ли будет отличаться.