Представьте себе батарею, которую можно заряжать десятилетиями. Больше не нужно избавляться от сотовых телефонов из-за уменьшения времени автономной работы. Больше нет мусорных свалок, заполненных ионно-литиевыми батареями.
Это на шаг ближе к реальности благодаря работе исследователей из Калифорнийского университета в Ирвайне.
Открытие, которое может привести к сверхдлительному сроку службы батарей, произошло благодаря счастливой случайности. Команда исследователей во главе с Реджинальдом Пеннером, председателем химического факультета университета, изучала нанопроволоки, крошечные проводящие провода, которые показывают большие перспективы для использования в батареях. Проблема в том, что нанопроволоки хрупки и, как правило, начинают изнашиваться и растрескиваться после определенного количества циклов зарядки.
Однажды Мия Ле Тай, кандидат наук в лаборатории Пеннера, решила прихоть заменить жидкий электролит, окружающий нанопроволочную сборку, гелевой версией.
«Она начала работать с этими гелевыми конденсаторами, и именно тогда мы получили сюрприз», - вспоминает Пеннер. «Она сказала:« Эта вещь повторяла 10000 циклов, и она все еще продолжается ». Через несколько дней она вернулась и сказала: «Это велосипед на протяжении 30 000 циклов». Это продолжалось в течение месяца.
Команда поняла, что у них есть что-то особенное в руках. Хотя они до сих пор не уверены, почему использование гелевого электролита, по-видимому, препятствует разрушению нанопроволоки, у них есть гипотеза. Пеннер объясняет, что гель такой же густой, как арахисовое масло. Нанопроволоки, которые в сотни раз тоньше человеческих волос и изготовлены из оксида марганца, имеют пористость на 80 процентов. Со временем густой гель медленно проникает в поры нанопроволок и делает их более мягкими. Эта мягкость уменьшает их хрупкость.
«После 5000 циклов с нормальной жидкостью [нанопроволоки] начинают разрушаться», - говорит Пеннер. «А потом они начинают падать. Ничего из этого не происходит в геле.
Сейчас команда работает над проверкой этой гипотезы. Если это правильно, они продолжат экспериментировать с различными типами материалов и гелей, чтобы увидеть, что работает лучше всего. Если работа продлится, нанопроволочки в гелевой оболочке могут в конечном итоге стать компонентом сверхдлительных батарей. Это, вероятно, через несколько лет, говорит Пеннер, хотя он принимал звонки от компаний, заинтересованных в создании его лаборатории.
«Общая картина заключается в том, что может быть очень простой способ стабилизировать нанопроволоки того типа, который мы изучали», - говорит Пеннер. «Если это окажется в целом правдой, это будет большим шагом вперед для сообщества».
Поскольку срок службы большей части бытовой электроники ограничен другими факторами, помимо срока службы батареи, батарея, которая работает в течение десяти или двух лет, может легко пережить устройство, на которое она работает.
«Если вы могли бы получить 100 000 циклов от литий-ионного аккумулятора, это может означать, что вам никогда не нужно покупать два из них», - говорит Пеннер. «Мы говорим о 20-летней жизни, может быть, даже дольше».
