Судя по последним сообщениям, к аккумуляторам проявляется всё больше и больше внимания. И это не может не радовать. Пожалуй, аккумуляторы становятся самым слабым звеном в мире мобильной связи, Интернета вещей, дронов, электрокаров и, как результат всего этого и другого роста, повышают неустойчивость систем электроснабжения. Чтобы достойно встретить грядущие изменения, исследовательский центр Nokia Bell Labs вместе с учёными из дублинского центра AMBER (Advanced Materials and BioEngineering Research) в Тринити-колледже внесли свой посильный вклад в создание сверхплотных аккумуляторных батарей.
Об изобретении рассказано в издании Nature Energy. Также подана заявка на патент. Представленная технология обещает в 2,5 раза увеличить плотность литийсодержащих аккумуляторов. По заявлению разработчиков, это то, что необходимо для эры сотовой связи 5G. Аккумуляторы для смартфонов могут оставаться тонкими и лёгкими, но их ёмкость при этом вырастет в два с половиной раза. Вещи с подключением к Интернету также выиграют от этой технологии, включая обещание долговременной работы для проникающих везде датчиков с подключением к сетям связи.
Немаловажное значение новые аккумуляторы будут иметь также для зелёной энергетики. По мнению аналитиков, стопроцентное использование возобновляемой энергии потребует до 25 раз увеличить ёмкость систем хранения (резервных аккумуляторов). Это неудивительно, поскольку возобновляемые источники энергии не отличаются стабильностью. Также более ёмкие аккумуляторы помогут в чрезвычайных ситуациях и в случаях с недостаточным локальным питанием. Иными словами, технология Nokia Bell Labs и AMBER обещает покрыть весь диапазон аккумуляторов, что должно свидетельствовать о доступности технологии для недорого и массового производства батарей.
Как следует из аннотации к статье в Nature Energy (доступ к полной информации платный), суть изобретения Nokia Bell Labs и AMBER заключается в возможности выпускать как можно более тонкие электроды: аноды и катоды. Желательно делать это максимально близко к теоретическому пределу. Чем меньше в батарее «постороннего железа», тем больше она может запасти энергии в электролите. Препятствием на этом пути стали потеря механической прочности и рост сопротивления электродов. Учёные смогли создать материал для электродов с рекордными показателями и при этом снизить их толщину до 800 мкм.
Сообщается, что новый композитный материал для электродов из сетки из углеродных нанотрубок в соединении с одним из материалов, способных удерживать литий (например, кремнием, графитом или частицами металлических оксидов) обеспечивает наивысшую на сегодня проводимость электродов до 1 × 104 См/м, что близко к теоретическому пределу с точки зрения запасаемой литийсодержащими аккумуляторами ёмкости. Это позволяет выпускать аноды и катоды, соответственно, с вместимостью 45 и 30 мА·ч/см2. С учётом электролита и других наполнителей аккумуляторов вместимость новых батарей может составить 29 мА·ч/см2, что даёт запас энергии с плотностью 480 Вт·ч/кг и 1600 Вт·ч/л. Буквально вчера мы восторгались началом опытного выпуска аккумуляторов Imec с плотностью 400 Вт·ч/л, а сегодня нам обещают (правда, в непонятной перспективе) в четыре раза большую плотность хранения энергии.
