Последние разработки в области технологий накопления энергии могут помочь привычным нам литий-ионным батареям улучшить энергоёмкость и уменьшить объемы. Батарея в вашем ноутбуке скоро может стать тоньше и работать будет дольше. В эту сторону двигаются новые разработки в области технологий накопления энергии.Инженеры, поставившие на ноги технологию литий-ионных батарей, проделали колоссальный объём работ. В современном мире уже почти не найдётся места старым свинцовым батареям. Вам бы явно не захотелось носить рюкзак с батареей для вашего ноутбука. А развитие других мобильных технологий было бы просто невозможным.
Лучшие умы продолжают работы по облегчению жизни потребителям. Но стоит признать, что нынешние литий-ионные батареи уже не станут лучше без внедрения свежих решений.
Электрод на основе карбида титана 1)перед первым циклом, 2)после завершения первого цикла 3)после 100 циклов. Заметна крайне незначительная степень деградации электрода с первого по сотый циклы.
Интересной наработкой является литий-воздушная батарея, процесс разрядки которой напоминает сжигание топлива. При окислении литий может отдавать ощутимо больше энергии чем многие другие материалы (например – литий-серные батареи). Литиево-воздушным этот аккумулятор называется неспроста. Окислителем лития выступает кислород из воздуха, которым мы дышим. Преимуществом этого метода является как минимум то, что окислителю не требуется лишнее пространство внутри аккумулятора.
Недостатком стал весьма низкий срок службы батареи. Литий в батарее не только окисляется, но и вступает в реакцию с электродами и электролитом, забирая у них углерод и образовывая карбонат лития. Это соединение очень стабильно. Если простой оксид лития способен восстанавливаться при зарядке, то с карбонатом такого не происходит. Каждый цикл разрядки и зарядки накапливает всё больше карбоната, оставляя всё меньше свободного лития. Именно поэтому аккумулятор приходит в негодность всего за 20-25 циклов.
Новые химические соединения
Питер Брюс из Сент-Эндрюсского университета (Шотландия) совместно с коллегами задались идеей изменить конструкцию аккумуляторов. Обычно электролиты изготавливают из тетраэтиленгликоля и диметилэфира. Питер Брюс с коллегами применили диметилсульфоксид, молекула которого содержит 2 атома углерода [(CH3)2SO] в отличие от предыдущей смеси с 10-тью атомами. Таким способом учёные достигли менее интенсивного образования карбоната лития.
Стабильность электрода всё ещё оставалась проблемой. Можно было использовать стабильное нанопористое золото, но высокая цена и вес не устроили бы потребителя. И тогда возник вариант использования очень устойчивого электронопроводящего соединения – карбида титана (TiC). Объединив два решения в одном продукте, учёные остались довольны результатами. Литий-воздушная батарея такой конструкции смогла потерять всего 2% ёмкости после сотни циклов разрядки-зарядки. В качестве контрольного образца использовался обычный литий-воздушник, который пришёл в негодность уже после 25 циклов. Хотя и был он меньшей ёмкости и обладал меньшей плотностью тока. В новой разработке учёные достигли почти 40-кратного сокращения побочных реакций.
По расчётам учёных, новая батарея выдержит больше 1000 циклов, сохранив 98% ёмкости.
Сейчас ведутся исследования, направленные на увеличение количества циклов и термоустойчивости. Но на сегодняшний день литий-ионные аккумуляторы остаются наиболее практичным и экономически выгодным решением.