Долговечность батарей с применением титана
Новейшие разработки в области накопления энергии позволяют технологиям литий-ионного накопления энернии развиваться всё дальше. Потребители почувствуют выгоду от таких разработок во всех отраслях - от увеличения времени работы ноутбука до "живучести" более мелких устройств.
Инженеры, причастные к введению в массовое использование литий-ионных аккумуляторов, проделали действительно большую работу. Современный мир сейчас уже сложно представить без таких батарей. Вам точно не будет удобно носить с собой тяжелый и опасный свинцовый аккумулятор, например, в рюкзаке. Без батарей изобретение привычных нам мобильных гаджетов оставалось бы лишь в мечтах.
Лучшие химики и физики кропотливо работают для того, чтобы дать потребителю ещё больше. Но, как ни странно, развитие литий-ионных батарей достигло своего пика.
Электрод с применением карбида титана. 1)до первой эксплуатации, 2)после первого включения, 3)после 100 рабочих циклов. Можно заметить низкий уровень деградации электрода после запуска первого цикла. Как видно, батарея такого типа сможет прослужить намного больше ста циклов.
И что дальше?
Одной из наиболее интересных разработок "батарей будущего" являются литий-воздушные батареи, работа которых во многом похожа на процесс сжигания топлива. В процессе окисления литий способен давать больше энергии на единицу веса и объёма батареи, чем большинство современных аналогов, в том числе литий-серных аккумуляторов. Как следует из названия (литий-воздушные батареи), окислителем выступает кислород из воздуха. Это выгодно как минимум тем, что не нужно размещать дополнительный объём окислителя в корпусе аккумулятора.
Но не обошлось и без недостатков. А именно - непродолжительного срока службы. Помимо реакции окисления лития, он также реагирует с электролитом и электродами, что приводит к "отбору" углерода литием и образованию карбоната лития. Сам материал обладает хорошей стабильностью. Если обычный окислённый литий способен восстанавливаться при зарядке устройства, то карбонат не имеет такого свойства. С каждым циклом разрядки-зарядки количество карбоната растёт, объём способного к окислению лития падает. Такой механизм ведёт к старению аккумулятора буквально за несколько десятков циклов.
Свежие идеи для четвертого поколения аккумуляторов
Учёные под руководством Питера Брюса из университета в Сент-Эндрюсе (Шотландия) предложили изменить конструкцию батареи. Электролит был изготовлен не по привычному рецепту из тетраэтиленгликоля и диметилэфира, а с использованием диметилсульфоксида, молекула которого состоит из 2-х атомов углерода [(CH3)2SO]. Предыдущий рецепт электролита имел в себе 10 атомов на молекулу. В результате формирование карбоната лития становится менее интенсивным.
Со стабильностью электрода нужно было ещё поработать. Материалом для него могло послужить золото с нано-порами, известное своей стабильностью. Однако этот вариант получился бы "золотым" и по цене тоже. А кроме того, очень тяжелым. Тогда внимание учёных обратилось в сторону довольно устойчивого электронопроводящего карбида титана (TiC).
Обе разработки объединили в один корпус и результат работы батареи оказался впечатляющим. Такая литий-воздушная батарея сохраняла более 98% ёмкости после сотни разрядок-зярядок. Контрольный образец обычной конструкции смог прожить всего 25 циклов несмотря на свою меньшую ёмкость и меньшую плотность тока.
Общее количество побочных реакций удалось сократить в 40 раз. Учёные предполагают, что новый тип аккумуляторов будет способен продержаться более 1000 циклов, потеряв всего около 2% от ёмкости.
На сегодняшний день ведутся разработки по увеличению термоустойчивости и по увеличению циклов работы. Пока же литий-ионные аккумуляторы остаются самыми эффективными и удобными при использовании в современной электронике.