Редактор Гиктаймс
0,2
рейтинг
28 июля 2014 в 20:15

В Стэнфорде придумали, как увеличить ёмкость литий-ионных аккумуляторов в 3-4 раза с помощью углеродных наносфер



В современных литий-ионных аккумуляторах анод обычно представляет собой слой графита, нанесённый на медную фольгу. Во время заряда в слое графита накапливаются ионы лития. Такая конструкция была придумана из соображений безопасности и долговечности — анод из чистого металлического лития очень быстро деградирует, так как при заряде на его поверхности постепенно вырастают «ветви», которые, дотянувшись до катода, могут вызвать короткое замыкание. Использование графитовой «губки» решает эту проблему, но энергоёмкость графитового анода составляет порядка 350 миллиампер-часов на грамм, тогда как у чистого лития этот показатель выше в 11 раз.

Группа учёных Стэнфордского университета во главе с профессором И Чуи (Yi Cui) разработали технологию, которая предотвращает образование «ветвей» на аноде из металлического лития и открывает путь к созданию надёжных и гораздо более ёмких аккумуляторов. На практике речь может идти об увеличении ёмкости в три-четыре раза.

Ключевой элемент новой технологии — создание на поверхности анода тончайшего 20-нанометрового слоя из связанных между собой углеродных наносфер. Этот слой создаётся путём нанесения на электрод слоя из крошечных полистирольных шариков, которые самопроизвольно формируют регулярную структуру, напоминающую соты. Этот слой служит основой, на которую затем наносится углерод. Затем полистирол удаляется путём прогрева в атмосфере аргона, и на поверхности электрода остаётся тонкое, но прочное ячеистое покрытие из углерода. Через это покрытие свободно проникают ионы лития, но оно достаточно прочное, чтобы остановить рост литиевых «ветвей».


Вверху — цикл заряда-разряда батареи с покрытием анода и без него, внизу — схема создания покрытия.

Выход по току батареи с электродом нового типа достигает 99% даже после 150 циклов заряда, тогда как у литиевых электродов без защитного покрытия он падает с 96% в начале эксплуатации до менее чем 50% после 100 циклов, что делает такую батарею совершенно непрактичной. По словам И Чуи, дальнейшие усовершенствования, в частности подбор подходящих типов электролитов, в скором времени могут довести выход по току до 99,9% — на этом уровне уже можно будет говорить о коммерческом использовании технологии.

Илья Сименко @ilya42
карма
467,2
рейтинг 0,2
Редактор Гиктаймс
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама

Самое читаемое

Комментарии (25)

  • +35
    Пару раз в год учёные «придумывают, как увеличить ёмкость аккумуляторов», а айфон как работал пять часов от одной зарядки, так и работает пять часов от одной зарядки, и единственный действенный способ заставить смартфон работать от батареи хотя бы день — это сделать его размером с лопату и засунуть в него батарею в три раза больше.
    • +1
      Я купил Z1c весной (а он почти не лопата) и был приятно удивлён тем, что при неслабой начинке он к концу дня имеет обычно 50-70% заряда. Без шаманства и без отключения 3G/Wi-Fi/BT. Прошлый мой смартфон, как правило, без подзарядка не доживал до вечера иначе как в случае осознанной экономии заряда.
      Так что прогресс в снижении потребления, по-моему, всё-таки есть. С другой стороны, тут и батарея с 1300 до 2200 мА*ч выросла, конечно.
      • +3
        Если айфоном не пользоваться, то он тоже держится шесть дней от одной зарядки, а если его не включать, то, думаю, и за месяц не разрядится.
        Но я не о времени в режиме stand by, а о чистом времени использования — сомневаюсь, что ваш смартфон протянет день в режиме навигатора с постоянно используемыми радиоинтерфейсами, звонками, мобильным интернетом и включенным экраном. Хорошо, если часа четыре продержится.
        • 0
          Так я и пользуюсь, он же не на ровном месте так садится. Но оптимизация местами поражает: если раньше ночью постоянно активный Sleep As Android выжирал половину батарейки, то на новом телефоне он за ночь не съедает и десяти процентов.
          • –1
            Печально все у вас. Китайфон, за ночь отжирает 1 процент.
            • 0
              Это со включённым Sleep As Android? С активным отслеживанием сна всю ночь?
              • +2
                Прошу прощения, изначально не понял ваше «Sleep As Android».
                Тогда да, может быть.
    • 0
      Обратите внимание на Lenovo p780. У меня держит минимум три дня с торрентами, фильмами, картами, почтой и музыкой.
      • 0
        А сколько это в часах непрерывного использования? Если запустить Ingress, например, или навигатор, интернет-радио с Bluetooth-наушниками и держать экран включенным?
        • 0
          Не знаю. Но при этом вайфай активен примерно пять часов в день с постоянно качающимися торрентами.
      • 0
        Lenovo и мне казались достойной заменой моей Sony до тех пор, пока я не узанл, что там нет слота под SD во флагманской модели…
        • 0
          В моем есть.
          • 0
            А, пардон, я про Vibe X/Z говорил…
  • +9
    Скорее бы уже. Аккумуляторы сейчас слабое место всех технологий от солнечной энергетики и автомобилестроения до персональной электроники.
  • +5
    Если емкость аккумуляторов увеличится в 3-4 раза (сейчас LG18650D1 имеет около 260Втч/кг), без значительного увеличения стоимости, то это будет настоящий прорыв.
    Дело не только в смартфонах, нужно смотреть шире, 1 КВтч/кг позволит электроавтомобилю иметь гораздо лучшие характеристики, чем ДВС. Как владелец электровелосипеда думаю, что будет настоящий взрыв популярности техники на электротяге.
    • +45
      Если емкость аккумуляторов увеличится в 3-4 раза.
      Ожидание:
      Мой новый смартфон будет работать несколько дней без подзарядки!
      Реальность:
      Мой новый смартфон будет в 4 раза тоньше.
      • +2
        Реальность в том, что он и в два раза тоньше не станет, ведь аккумулятор изначально занимает не такое уж большое пространство. А вот что действительно станет проблемой после увеличения аккумулятора, это тепловыделение, остальные компоненты-то поставят мощнее.
  • +2
    Скажите спасибо, что через почти 30 лет батарейщиков хоть чем-то наградили (Charles Stark Draper Prize 2014'): www.nae.edu/Projects/Awards/DraperPrize/DraperWinners/105792.aspx
  • +7
    Неплохие у вас, однако, наносферы, более полмикрона в диаметре. Кстати, на картинке они называются просто «полые углердные сферы»)))
    • +3
      Нано надо — это модно.
  • +6
    «Шо, опять?!!» (с)
    Когда же уже все эти технологии простому пользователю в руки попадут?
  • +6
    «Ага» — сказали суровые разработчики, и увеличили потребляемую мощность в 10 раз.
  • +2
    Внедрить технологию и в LiPo, и квадрокоптеры станут летать намного дольше!

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.