Изобретатель литий-ионного аккумулятора представил новый тип батарей

Команда исследователей под руководством 94-летнего Джона Гуденафа (John Goodenough), профессора инженерной школы Кокрелл Техасского университета и одного из создателей литий-ионных аккумуляторов, разработала первые твердотельные гальванические элементы, благодаря которым можно значительно увеличить скорость зарядки, безопасность и время жизни аккумуляторов.

В чём преимущество новой технологии?

Новый тип батарей обладает в три раза большей энергоёмкостью, быстрее заряжается, выдерживает температуру до −60°C, не взрывается от перегрева или повреждений оболочки и не вредит окружающей среде при утилизации. В качестве материала, накапливающего электроэнергию, в таком аккумуляторе используется не редкий и дорогой литий, а дешёвый натрий, который можно добывать из морской воды так же, как соль. Риск возгорания такой батареи близок к нулю.

По словам ученых, их новые гальванические элементы способны накапливать по крайней мере в три раза больше энергии по сравнению с литий-ионными аккумуляторами. Это значит, что в будущем электрокары смогут проезжать гораздо большие расстояния, чем сейчас. Новые аккумуляторы также обладают более длинным циклом жизни, а также более быстрой скоростью зарядки (минуты вместо часов).

И как всё это работает?

Современные литий-ионные аккумуляторы используют жидкие электролиты для транспортировки ионов лития между анодом (отрицательно заряженной частью аккумулятора) и катодом (положительно заряженной частью аккумулятора). Быстрая зарядка гальванических элементов может привести к возникновению дендритов, или «металлических усов», в жидких электролитах, из-за этого может произойти короткое замыкание, которое может привести к возгоранию. Вместо жидких электролитов исследователи начали использовать стеклянные электролиты, которые позволяют использовать металлический щелочной анод без формирования дендритов.

Использование металлического щелочного анода увеличивает плотность энергии катода и жизненный цикл аккумулятора. В экспериментах, проведенных исследователями, гальванические элементы отработали более 1200 циклов с низким внутренним сопротивлением.

К тому же, поскольку электролиты из стекла могут функционировать, то есть обладают высокой проводимостью, при температуре от −20 градусов и выше, новые гальванические элементы — первые, которые могут работать при температуре ниже 60 градусов по Цельсию.

Другой особенностью таких аккумуляторов является то, что они могут быть изготовлены из безвредных для земли материалов. Электролиты из стекла позволяют заменить литий на дешевый натрий, который может быть получен из морской воды.

Гуденаф — не первый, кто решил заменить жидкий электролит твердотельным. До него аналогичными экспериментами занимались исследователи из Массачусетского технологического института. Они использовали сульфиды, но выяснили, что этот материал слишком хрупок, поэтому аккумуляторы, созданные на его основе, нельзя использовать в портативной технике и электромобилях.

Литий-ионные аккумуляторы используются в электронике с начала девяностых годов и почти вытеснили все другие виды батарей. За 25 лет заметного прорыва в этой технологии не достигнуто — энергоэффективность таких аккумуляторов хоть и растёт, но очень медленно. Их главные проблемы — опасность взрыва в любой момент без видимых причин и плавная потеря номинальной ёмкости от перезаряда вплоть до полного истощения.

«Стоимость, безопасность, энергоёмкость, скорость зарядки и продолжительность использования батареи — это критически важные показатели для дальнейшего распространения электромобилей. Мы считаем, что наша технология поможет решить многие проблемы, которым подвержены современные аккумуляторы», — прокомментировал своё изобретение Джон Гуденаф.

В данный момент Гуденаф работает над несколькими патентами и в скором будущем надеется обзавестись поддержкой производителей, чтобы протестировать свои новые материалы в реальных условиях.

Источники: https://tproger.ru/news/john-goodenough-still-good-enough/ и https://www.iguides.ru/main/gadgets/other_vendors/novyy_tip_batarey_ot_izobretatelya_litiy_ionnogo_akkumulyatora/