Останні розробки в галузі технологій накопичення енергії можуть допомогти звичним нам літій-іонним батареям покращити енергоємність та зменшити обсяги. Батарея у вашому ноутбуці скоро може стати тоншою і працюватиме довше. У цей бік рухаються нові розробки в галузі технологій накопичення енергії. Інженери, що поставили на ноги технологію літій-іонних батарей, зробили колосальний обсяг робіт. У сучасному світі вже майже не знайдеться місця для старих свинцевих батарей. Вам би не захотілося носити рюкзак з батареєю для вашого ноутбука. А розвиток інших мобільних технологій було б просто неможливим.
Найкращі уми продовжують роботи з полегшення життя споживачам. Але варто визнати, що сучасні літій-іонні батареї вже не стануть краще без застосування нових рішень.
Електрод на основі карбіду титану 1) перед першим циклом, 2) після завершення першого циклу 3) після 100 циклів. Помітний вкрай незначний ступінь деградації електрода з першого по сотий цикл.
Цікавим напрацюванням є літій-повітряна батарея, процес розрядки якої нагадує спалювання палива. При окисленні літій може віддавати відчутно більше енергії, ніж багато інших матеріалів (наприклад – літій-сірчані батареї). Літієво-повітряним цей акумулятор називається недарма. Окислювачем літію виступає кисень із повітря, яким ми дихаємо. Перевагою цього методу є щонайменше те, що окислювачу не потрібно зайвий простір всередині акумулятора.
Недоліком став дуже низький термін служби батареї. Літій у батареї не тільки окислюється, а й вступає в реакцію з електродами та електролітом, забираючи у них вуглець та утворюючи карбонат літію. Це з'єднання дуже стабільне. Якщо простий оксид літію здатний відновлюватися під час заряджання, то з карбонатом такого не відбувається. Кожен цикл розрядки та зарядки накопичує все більше карбонату, залишаючи все менше вільного літію. Саме тому акумулятор стає непридатним всього за 20-25 циклів.
Нові хімічні сполуки
Пітер Брюс із Сент-Ендрюського університету (Шотландія) спільно з колегами задалися ідеєю змінити конструкцію акумуляторів. Зазвичай електроліти виготовляють із тетраетиленгліколю та диметилефіру. Пітер Брюс з колегами застосували диметилсульфоксид, молекула якого містить 2 атоми вуглецю [(CH3)2SO] на відміну від попередньої суміші з 10 атомами. У такий спосіб вчені досягли менш інтенсивного утворення карбонату літію.
Стабільність електрода все ще була проблемою. Можна було використовувати стабільне золото нанопористе, але висока ціна і вага не влаштували б споживача. І тоді виник варіант використання дуже стійкого електронопровідного з'єднання – карбіду титану (TiC). Поєднавши два рішення в одному продукті, вчені залишилися задоволені результатами. Літій-повітряна батарея такої конструкції змогла втратити лише 2% ємності після сотні циклів розрядки-зарядки. Як контрольний зразок використовувався звичайний літій-повітряник, який став непридатним вже після 25 циклів. Хоча і був він меншою ємності і мав меншу щільність струму. У новій розробці вчені досягли майже 40-кратного скорочення побічних реакцій.
За розрахунками вчених, нова батарея витримає понад 1000 циклів, зберігши 98% ємності.
Наразі ведуться дослідження, спрямовані на збільшення кількості циклів та термостійкості. Але на сьогодні літій-іонні акумулятори залишаються найбільш практичним та економічно вигідним рішенням.