Смартфоны, планшеты и другие электронные устройства работают от аккумуляторных батарей, но после нескольких тысяч циклов использования батареи начинают терять свою способность удерживать заряд. Большинство современных батарей литиевые, но с течением времени литий внутри батареи подвергается коррозии.
Подпись к изображению: Электролитная паста защищает от коррозии провода из золотой нанопроволоки, покрытые оксидом марганца, что делает батарею в 400 раз долговечнее
Вместо лития исследователи из Калифорнийского университета в Ирвайне использовали золотую нанопроволоку для хранения электрического заряда, и оказалось, что разработанная ими система превосходит традиционные литиевые батареи. Она выдерживала 200 тысяч циклов перезарядки без существенного ухудшения свойств и признаков коррозии.
Однако, пока они не до конца понимают, почему это происходит. Первоначальным замыслом эксперимента было сделать батарею с твёрдым электролитом, в которой вместо жидкого электролита используется электролитная паста. Жидкостные батареи, к которым относятся литиевые, являются крайне огнеопасными и чувствительными к воздействию температур. Исследователи экспериментировали с использованием густых токопроводящих паст.
«Мы начали цикл перезарядок устройства, а затем поняли, что оно не собирается «сдыхать», — сказал руководитель исследования Реджинальд Пеннер. – Но пока нам не понятен механизм этого».
По новой технологии для создания батарей используется золотая нанопроволока, по размерам не толще бактерии, покрытая оксидом марганца и защищённая слоем электролитной пасты. Паста взаимодействует с оксидным покрытием для предотвращения коррозии. Чем длиннее нанопроволока, тем больше площадь поверхности, и тем больший заряд она может удерживать. Другие исследователи уже долгое время проводили эксперименты с нанопроволокой, но в отличие от них учёные университета в Ирвайне впервые предложили использовать защитную пасту.
«Паста делает гораздо больше, чем просто держит провода вместе. По видимому, она делает оксид металла более мягким и устойчивым к образованию трещин», — сказал Пеннер.
Эта технология обещает увеличить срок службы батарей в бытовой электронике в 400 раз, но пока тестовая платформа не является настоящей батареей. В батареях имеются анод, через который электрический ток входит в систему, и катод, через который он выходит. Вместо этого учёные связали между собой два катода, которые сменяют друг другом при зарядке. Непрерывная цикличность смены катодов делает идеальную систему для тестирования многократных перезарядок.
Пеннер говорит, что это похоже на непрерывный процесс переливание воды из одной чашки в другую и обратно. После нескольких сотен циклов переливания некоторое количество воды, как правило, выливается, уменьшая «заряд». Но система Пеннера при переливании воды между «чашками» 200 тысяч раз теряет всего лишь около 5 процентов.
Несмотря на использование в этом эксперименте незначительного количества золота, это может сделать производство таких батарей дорогостоящим. Пеннер предполагает, что вместо золота можно будет применять такой более распространённый металл, как никель.
Изобретения калифорнийского университета в рашке не приживутся, тут ученые изобрели как сделать дюрассел с еъмкостью в 6 раз меньше чем оригинальный дюрассел: это называется — бизнес по-русски.