студия дизайна

Аккумуляторы всегда считались ахиллесовой пятой портативных устройств, а также самой медленно развивающейся областью мобильной индустрии. В то время как производители процессоров и дисплеев из года в год выпускают на рынок усовершенствованные модели компонентов, разработчики источников питания не слишком часто предлагают вниманию общественности технологии, которые можно назвать революционными. Впрочем, в этой не слишком динамичной отрасли также случаются настоящие прорывы. Недавно исследователи из Northwestern University сообщили о разработке усовершенствованного литиево-ионного аккумулятора, который не только способен хранить в десять раз больше энергии, но и заряжается в десятки раз быстрее.

Внутри литиево-ионной батареи находится большое количество слоев графена — тончайших пластин толщиной всего в один атом углерода. Ионы лития заполняют пространство между слоями, в процессе зарядки атомы должны переходить на соседний слой, освобождая место для большего числа ионов.

Скорость процедуры ограничена лишь скоростью перемещения ионов с одного слоя на другой.

Ученые неоднократно пытались решить эту проблему. К примеру, одно из предложенных ранее решений предполагает замену углеродных листов на кремниевые аналоги. Благодаря своим химическим свойствам кремний способен удерживать больше ионов лития, однако, этот материал растягивается и сжимается в процессе зарядки, что может привести к быстрому выходу аккумулятора из строя.

Профессор Гарольд Кунг (Harold Kung) и его коллеги из NU разработали не одну, а целых две методики, позволяющих оптимизировать процесс зарядки. Ученые предлагают совместить преимущества обоих материалов (углерода и кремния) и заполнить области между листами углерода кремниевыми нанокластерами, которые помогают значительно увеличить количество ионов. Благодаря гибкости углеродного материала, размеры кластеров могут варьироваться. Профессор Кунг утверждает, что предлагаемое решение позволит увеличить емкость аккумулятора в десятки раз.

Впрочем, и это еще не все. Ученые также предложили проделать отверстия в графеновых листах, благодаря которым ионы получат быстрый «обходной путь» к следующему слою. Отверстия диаметром в 10-20 нанометров, называются «плоскостными дефектами» и позволяют тратить на зарядку аккумулятора в десять раз меньше времени.

Единственным заметным недостатком предлагаемого решения является относительно быстрое ухудшение рабочих характеристик батареи. После 150 циклов зарядки и перезарядки новые аккумуляторы смогут похвастаться лишь пятикратным увеличением емкости и скорости зарядки. Разумеется, стоит принимать во внимание, что эти полторы сотни циклов равноценны 1500 зарядок стандартных батарей.

Материалы о проведенных исследованиях были недавно опубликованы в научном журнале Advanced Energy Materials, а готовые к коммерческому использованию аккумуляторы увидят свет лишь через 3-5 лет.

По материалам сайта TechCrunch.