Конструкция классического электрохимического аккумулятора состоит из двух электродов — анода и катода, пространство между которыми заполнено жидким, желеобразным или твердым электролитом. Для электропитания мобильных устройств используются литий-ионные аккумуляторы, в которых между анодом и катодом размещен пористый сепаратор, пропитанный электролитом. Вследствие низкой подвижности ионов лития, они перемещаются между электродами при заряде и разряде аккумулятора за длительные интервалы времени. Эта «медлительность» особенно раздражает пользователей смартфонов и планшетов при подзарядке аккумуляторов. Однако, несмотря на многочисленные попытки, в течение десятилетий предпринимаемые во многих научных центрах мира, существенно ускорить этот процесс до сих пор не удавалось.
И вот для желанного кардинального повышения скорости подзарядки литий-ионных аккумуляторов ученые-электрохимики Конеллского университета (США) изобрели конструкцию, кардинально отличающуюся от традиционной аккумуляторной «классики». В новой конструкции, разработанной благодаря финансированию Министерства энергетики США и Национального научного фонда (независимого агентства при правительстве США, отвечающего за развитие науки и технологий), нет отдельных электродов: анодные и катодные составляющие аккумулятора, представляющие собой частички с габаритами примерно 20 нм, равномерно распределенные в одном общем объеме (этих наночастичек — тысячи).
Синтез «анодно-катодного материала осуществляется перемешиванием наночастичек и электролита в ходе специально разработанного техпроцесса, конечным результатом которого является губчатый конгломерат, состоящий из наноанодов и нанокатодов, отделенных друг от друга микроскопическими слоями электролита. При таких расстояниях между наноанодами и нанокатодами полная зарядка аккумулятора выполняется за несколько секунд.
В наноэлектродах невозможно появление микропор, которые непременно присутствуют в «макроэлектродах», являясь причиной многих проблем в традиционных аккумуляторах. К тому же в наногибридном аккумуляторе исключено замыкание анодов и катодов, вероятность которого существует в обычных батареях вследствие возникновения в электролите дендритных проводящих каналов. А значит наногибридная батарея не подвержена самовозгоранию.
Благодаря тому, что суммарные площади поверхностей наноэлектродов значительно превышают площади «макроэлектродов» (при одинаковых объемах аккумуляторов), наногибридный аккумулятор характеризуется существенно большими показателями плотности хранения электроэнергии и емкости.
В настоящее время американские ученые подают патентную заявку на свое изобретение и совершенствуют технологию его изготовления для выполнения условий промышленного производства.
См. также:
- Ученые нашли способ удвоить скорость сети PON: пользователю потребуется лишь заменить модем!
- Как в мире борются с сервисами для DDOS атак
- В США половину функций госаппарата передадут от людей роботам