Не разряжаются на морозе и «питаются» из воздуха. Что за чудо-батареи создали китайцы
Китайцы совершили настоящий прорыв в производстве аккумуляторов. Они придумали батарею, которая не будет разряжаться на морозе. Более того, такой аккумулятор способен работать даже в экстремально низких температурах - до минус 80 градусов. Найти такие условия можно, но не на земле, а в небе: новые китайские батареи будут применять в производстве самолетов.
Группа исследователей из Чжэцзянского университета под руководством профессора Фань Сюлина создала новый электролит для литий-ионных батарей. Почему ничего подобного не было создано ранее? Да просто китайские физики открыли новый, ранее неизвестный метод переноса ионов внутри батарей.
- Наши аккумуляторы можно применять в электромобилях, авиации, морской электронике, железных дорогах, полярных и космических исследованиях и в телекоммуникации, - говорит профессор Фань...
А ведь еще недавно считалось, что литий-ионные аккумуляторы почти бесполезны в условиях низких температур. Было невозможно создать батарею, которая одновременно обладала бы высокой плотностью энергии, имела широкий диапазон рабочих температур и быстро заряжалась.
Одна из причин заключается в том, что электролит - компонент батареи, который переносит ионы между электродами, - должен иметь прямо противоположные физические свойства. Однако загадку, над которой бились умы многих ведущих вузов мира, разгадали в Ханчжоу. Китайцы создали электролит, состоящий из очень маленьких молекул растворителя, который обеспечивает аккумуляторам свойства, “недостижимые” при существующих конструкциях.
Такая батарея будет обладать высокой емкостью и стабильностью при температурах от плюс 60 до минус 80 градусов. Да еще и в холодных условиях обеспечит сверхбыструю зарядку. Это уже вообще просто фантастика!
- На морозе аккумулятор можно зарядить за 10 минут, чтобы достичь 80% емкости заряда, - рассказал Фань новостному сайту Science Times.
Литий-ионные аккумуляторы, как понятно из названия, состоят из солей лития, растворенных в органическом растворителе. Физики из Ханчжоу четыре года подыскивали другие электролиты. И в итоге остановились на жидкости под названием фторацетонитрил.
Небольшие молекулы растворителя в электролите образуют два слоя оболочки вокруг ионов лития и создают каналы для переноса заряда - а это и рождает электрический ток.
Как пишут авторы исследования в статье, опубликованной в ведущем научном журнале планеты Nature, по сравнению с обычными батареями у созданного в Ханчжоу ионная проводимость в 10 тысяч раз выше.
Причем помимо литий-ионных аккумуляторов инженеры готовы тестировать свое ноу-хау на натрий-ионных и калий-ионных, рассказал профессор Фань в интервью Science Times.
Стремительное развитие рынка электроники заставляет производителей аккумуляторов придумывать все новые и новые. Традиционные литий-ионные батареи известны исключительной энергоемкостью, компактным размерам и небольшим весом. Единственный минус: лития на Земле может просто не хватить на всех желающих. Особенно учитывая, сколько новых батарей требуют электромобили, ветряные и солнечные электростанции.
Вот литий-ионные аккумуляторы постепенно уступают долю рынка. Тем более, что постоянно появляются новинки. Прямо сейчас китайские ученые из Шанхая создают совершенно новый тип аккумулятора - кальциево-кислородный.
Аккумуляторы на основе кальция, как ожидается, станут более доступной и безопасной альтернативой литий-ионным. Энергоемкость такая же, а вот цена - еще ниже (особенно учитывая, что литий за последние полгода подорожал на мировых биржах в 6 раз!).
Кальций же намного доступнее лития, да и дешевле. Мировые запасы лития оцениваются примерно в 100 миллионов тонн. Большинство выявленных месторождений находятся в Чили и Австралии. Для сравнения: кальция в 2500 раз больше, он составляет три процента земной коры и занимает третье место по распространенности среди металлов после алюминия и железа.
Ну а «топливо» для такого аккумулятора (кислород) поступает прямо из воздуха. Аккумулятор можно встроить в текстильные волокна, чтобы шить «умную» одежду. Такую батарею можно гнуть и сворачивать, как угодно, и она будет работать.
Изобретатели из Фуданьского университета (Шанхай) даже уже сплели из этих волоконных аккумуляторов дышащий гибкий текстиль, способный питать электронные устройства, такие как смартфоны, планшеты, фитнес-браслеты, умные часы.
В ходе испытаний было установлено, что эти аккумуляторы выдержали более 500 циклов разрядки и зарядки и сохраняют 80 процентов своей емкости после 700 циклов. Правда, команде инженеров из Шанхая еще предстоит немалая работа, если кальций все же заменит литий - литий-ионные аккумуляторы могут выполнять 3000 циклов зарядки.