Ученые Иллинойского университета в Урбане-Шампейне создали новую литий-ионную батарею, которая в 2000 раз мощнее современных аналогов. Более того, ученые также сообщают, что данная батарея заряжается в 1000 раз быстрее.

По словам ученых, это не просто новая эволюционная ступень в развитии технологий.

«Это совершенно новая высокоэффективная технология, которая выходит далеко за рамки существующей парадигмы источников энергии. Она дает нам совершенно новые возможности», — заявили ученые.

В настоящее время приходится выбирать между мощностью (Вт) и энергетической плотностью (Вт*ч). Это компромисс, на который приходится идти в современных источниках питания. Суперконденсаторы могут высвобождать много энергии, но только в течение нескольких секунд. В то же время выходная пиковая мощность топливных элементов ограничена, они могут хранить огромное количество энергии. В настоящее время данная проблема особенно актуальна, поскольку для большинства современных технологий и устройств (смартфоны, компьютеры, электромобили) важны оба параметра. Для требовательных технологий литий-ионные батареи являются идеальными решениями, но даже самые лучшие батареи вынуждают инженеров идти на компромисс при создании различных новых устройств.

«Это совершенно новое представление о батареях, которые могут обеспечить намного больше энергии, чем кто-либо и когда-либо мог подумать. В течение последних десяти лет электроника трансформировалась в микроэлектронику. Несмотря на то, что основные компоненты современных компьютеров с каждым годом уменьшаются в размерах, батареи по-прежнему продолжают отставать. Данная технология перевернет все с ног на голову и поставит источники питания в один строй с другими компонентами», — заявил руководитель проекта профессор Уильям Кинг.

Созданная в Иллинойском университете батарея имеет сравнимую с суперконденсаторами мощность и свойственный для никель-цинковых или литий-ионных батарей запас энергии. Согласно опубликованному университетом пресс-релизу, данная батарея позволяет беспроводным устройствам передавать сигнал в 30 раз дальше. Более занимательно то, что при этом батарея является в 30 раз меньше своих собратьев. Ну и последнее, как и упоминалось выше, она заряжается в 1000 раз быстрее, чем современные литий-ионные батареи.

Как это можно объяснить, спросите вы? Данные невероятные возможности объясняются новой структурой катода и анода, которую и разработали ученые. Все современные литий-ионные батареи отличаются большим двухмерным анодом из графита и катодом из литиевой соли. В свою очередь созданная учеными Иллинойского университета батарея отличается пористым трехмерным анодом и катодом. Ее структуру можно детальнее разглядеть на рисунки выше. Чтобы создать новую структуру электрода ученые воссоздали структуру полистирола (пенопласта) на стеклянной подложке. На полистирол наложили электролитический никель, а затем электролитическое осаждение сплава олово – никель на анод и диоксид марганца на катод. На рисунке выше все хорошо проиллюстрировано.

Благодаря большой площади соприкосновения пористых электродов ученым удалось в несколько раз увеличить происходящие химические реакции, обеспечивающие большой импульс заряда и разряда (мощность). Ученые использовали данную технологию для создания батареи размером с обычную пуговицу. На рисунке выше она сравнивается с батареей Sony CR1620. Показатель плотности энергии у новинки немного меньше, но зато показатель мощности в 2000 раз больше.

В практике данная технология будет применена в батареях различной потребительской электроники. Только представьте смартфон с батареей толщиной, сравнимой с толщиной кредитной карты, который будет заряжаться в течение нескольких секунд. Данной технологии также найдется применение далеко за пределами рынка потребительской электроники, к примеру, в медицине или при создании лазеров.

Правда, чтобы как можно быстрее приступить к коммерциализации проекта, ученым Иллинойского университета еще предстоит доказать, что используя данную технологию можно создать батареи побольше, а их себестоимость не слишком высока. Возможно, раньше мы увидим литий-воздушные батареи или батареи с кремниевыми нанопроводами, о которых более детально можно прочитать здесь.