Батареи, которые к тому же быстро отдают электрический заряд, можно будет использовать в автомобилях с электрическими двигателями и в гибридных машинах, которым для ускорения требуется большой электрический разряд.
Однако, для того, чтобы все это стало возможным, нужно будет немного изменить процесс производства хорошо известного стандартного материала, из которого делаются батарейки.
Ионные-литиевые батарейки, которые можно перезарядить, чаще всего используются в бытовой электронике, например, в ноутбуках. Однако на их подзарядку требуется много времени.
До сих пор исследователи считали, что существует предел скорости, с которой литиевые ионы и электроны проходят через батарейку, образуя электрохимическую цепь.
Гербранд Седер и его коллеги из Массачусетского технологического института (MIT) при помощи компьютерной симуляции создали модель движения ионов и электронов в одном из вариантов стандартного литиевого материала – литиевом фосфате железа.
Ученые заметили, что ионы в нем передвигались быстрее.
"Если ионы лития могут передвигаться так быстро, то проблема должна быть в другом", – указал профессор Седер.
И эта проблема, судя по всему, заключалась в том, как именно ионы проходят через материал. Они проникают через крошечные туннели, имеющиеся на поверхности материала.
Тем не менее, как обнаружили исследователи, чтобы пройти в эти туннели, ионы должны располагаться непосредственно перед ними. В противном случае они попасть в них не могут.
Решение проблемы, как определил американский профессор, заключается в создании материала таким образом, чтобы у него были "желобки", направляющие ионы к входу в туннели.
Ученые создали прототип батарейки с использованием новой технологии, и оказалось, что она заряжается меньше, чем за 20 секунд – в то время, как батарейка из необработанного материала заряжается за шесть минут.
Материал, из которого сделаны большинство батарей, сделан из сплава лития и кобальта, но литиевый фосфат железа не подвержен перегреву, чем в ряде случаев страдают батарейки в лэптопах и mp3-плейерах. При этом возникает угроза воспламенения.
Хотя литиевый фосфат железа весьма дешевый, до сих пор его мало использовали, поскольку литиевые кобальтовые батарейки такого же веса могут хранить немного больший заряд.
Однако исследователи установили, что новый материал со временем не теряет способности к подзарядке, как это происходит с обычными ионными-литиевыми батарейками.
То есть, в этом случае не нужно использовать больше материала, чтобы компенсировать постепенное снижение способности к подзарядке. А поэтому батарейки могут быть меньше по размерам, легче и перезаряжаться гораздо быстрее.
Кроме того, поскольку при этом стандартный процесс производства батареек почти не меняется, профессор Седер считает, что новый материал для батареек может появиться на рынке уже в ближайшие два-три года.
Главные темы