Подрыв устоев

Достигнут прогресс в создании эффективных литиевых аккумуляторов

Фото: Bobby Yip / Reuters

Группа ученых из Колумбийской школы инженерных и прикладных наук в Нью-Йорке разработала новый способ производства литиевых аккумуляторов, повышающий их безопасность и эффективность. Кроме того, это позволит приблизиться к созданию гибких смартфонов, о чем так мечтают в Samsung и LG. «Лента.ру» разобралась, как специалисты собираются сделать телефоны совершенно безопасными и когда произойдет долгожданная революция в этой сфере технологий.

Полная заморозка

Одна из главных проблем литиевых аккумуляторов — использование жидкого (или гелеобразного) электролита. Проблема в том, что при повышении температуры электролит разлагается на легковоспламеняющиеся компоненты. Уже было множество инцидентов, связанных с самовоспламенением смартфонов, ноутбуков и прочих девайсов. Ученые пытаются найти более стабильные альтернативы.

Команда инженеров из Нью-Йорка намерена решить эту проблему с помощью заморозки электролита с водным раствором и керамическими трубками. Лед позволяет выровнять трубки, после чего замерзшая жидкость переводится в газообразное состояние посредством возгонки, сохраняя структуру электролита. После этого частицы соединяются с помощью полимера, обеспечивая аккумулятору гибкость.

Подобной устойчивостью к изгибанию обладают и обычные литий-полимерные аккумуляторы, однако они еще опаснее, чем литий-ионные. Американские специалисты утверждают, что их аккумулятор с керамическим электролитом абсолютно безопасен. В целом твердотельные литий-ионные батареи считаются сейчас одними из самых перспективных как раз благодаря своей стабильности.

«В портативных устройствах, а также в электромобилях твердотельные сгибаемые батареи не только способны решить проблему самовозгорания, но и могут увеличить плотность накапливаемой и переносимой энергии. Кроме того, они дают надежду на скорое создание сгибаемых устройств», — утверждает ведущий автор исследования Юань Ян (Yuan Yang).

По его словам, такой аккумулятор гораздо эффективнее обычных литий-ионных и литий-полимерных батарей. Твердый электролит позволяет заменить электрод, тем самым повысив эффективность батареи, по оценкам, на 60-70 процентов. Однако никаких тестов проведено не было, и реальную эффективность разработки еще предстоит доказать.

Тем не менее ученые полны оптимизма. «Это хорошая идея, — заявил доцент Йельского университета Хайлян Ван (Hailiang Wang). — Грамотно спроектированная структура действительно помогает повысить производительность композитного электролита. Я уверен, что это перспективный подход».

С другого конца

Специалисты Калифорнийского университета в Риверсайде иначе подошли к модернизации литиевых батарей. Они решили добавить в жидкий электролит органическое соединение метилвиологен. Дело в том, что при зарядке аккумулятора в электролите неконтролируемо возникают пространственные образования (дендриты). Помимо того что они снижают эффективность батареи, из-за них электроды могут замкнуться, и аккумулятор взорвется.

Метилвиологен, добавленный в электролит, создает стабилизирующее покрытие, препятствующее образованию дендритов, и повышает срок службы батареи в три раза. Кроме того, метилвиологен дешев в производстве, а для стабилизации аккумулятора хватит и 0,5 процента этой добавки. Впрочем, пока специалисты не готовы полностью гарантировать безопасность аккумуляторов с таким защитным слоем.

94-летний отец литий-ионных аккумуляторов Джон Гуденаф (John Goodenough) тоже подключился к поискам альтернативы. Вместе с командой ученых из Техасского университета в Остине он создал новый тип твердотельной батареи. Утверждается, что она дешевле, безопаснее и лучше всего того, что сейчас есть на рынке. По оценкам Гуденафа, его аккумулятор может хранить в 5-10 раз больше энергии, и в тестах было достигнуто 30-кратное повышение плотности энергии.

Особенность изобретения Гуденафа в том, что элементы аккумулятора состоят из чистого лития и натрия с обеих сторон. Но для получения энергии необходимы различающиеся электрохимические реакции в двух противостоящих электродах. Как удалось обойти фундаментальные законы термодинамики, Гуденаф не объясняет, и скепсис, с каким встретили его разработку в научном мире, вполне понятен.

Ядерный потенциал

По мнению многих специалистов, нынешние аккумуляторы — самое слабое место портативной техники, препятствующее ее развитию. Поэтому необходимы радикальные меры и абсолютно новые батареи, способные обеспечить месяцы работы без подзарядки.

Один из наиболее перспективных «аккумуляторов будущего» — магниевые батареи. С точки зрения хранения энергии магний гораздо эффективнее, чем литий. По некоторым оценкам, такой аккумулятор хранит в 15 раз больше энергии, срок службы больше в пять раз, а зарядка на 70 процентов быстрее. К тому же, говоря о безопасности, нельзя не заметить, что магний абсолютно стабилен на воздухе.

Однако образовать электролит, в котором магний не деградирует и который обеспечивает эффективную передачу энергии, — трудная задача. Поэтому даже по самым оптимистичным подсчетам специалистов, такие батареи придут в электронику не раньше чем через 20 лет.

А самый смелый концепт — ядерный аккумулятор. Химикам из Бристольского университета в Англии удалось создать прототип «вечной» батареи на основе алмаза из радиоактивного изотопа. Период полураспада используемого в батарее углерода-14 — 5700 лет, то есть за почти шесть тысячелетий она потеряет лишь половину своей мощности. По утверждению разработчиков, эта батарея не выделяет вредных веществ, не имеет подвижных частей и не требует обслуживания. Аналогичную технологию представили и российские ученые, только вместо алмаза у них карбид кремния.

Хотя литиевые батареи обладают множеством недостатков, они по-прежнему служат главным источником энергии для всех портативных устройств. Все попытки разработать новый тип батарей пока тщетны. Поэтому производители техники продолжают использовать батареи, созданные более 40 лет назад, лишь улучшая и незначительно изменяя их.

Обсудить
A protester reacts in front Moroccan police forces during a demonstration in the northern town of El Hoceima, Morocco, Thursday, July 20, 2017. Clashes between police and Moroccan protesters Thursday left at least 83 injured in clouds of tear gas and running battles at an unauthorized demonstration over inequality and corruption.Налетели на Риф
Пережив «арабскую весну», марокканская монархия вновь оказалась под ударом
Клан Хаккано
Что общего у афганской террористической группировки и героев фильма про мафию
Президент Польши Анджей Дуда с супругойСудный день
Из-за планов судебной реформы поляки перессорились между собой и с Брюсселем
Схематичное изображение вращающейся черной дыры (черный цвет), бозонной оболочки (красный) и гравитационных волн (синий)Кудрявый сценарий
Раскрыт механизм усыхания черных дыр
После террористического акта на Уолл-стрит, 16 сентября 1920 годаКрасная угроза
Почему в 1917 году американцев испугал пароход, полный большевиков
Сверкая пятками
Как побег англичан от нацистов превратился в народный подвиг
«Я ничего не делаю, и мне это нравится»
Откровения москвички, которая сдает жилье и принципиально не работает
Зарыться в песок
Купить квартиру на море теперь можно за миллион рублей и дешевле
Входят и выходят
Самые известные, необычные и дорогие бордели мира
У вас упало
Что на самом деле происходит с ценами на квартиры в Москве