МОСКВА, 11 авг –. В полтора раза ускорить зарядку и в пять раз увеличить емкость современных аккумуляторов позволит материал, смоделированный учеными СГУ. Согласно предварительным данным, батарея с таким материалом не будет терять свои свойства при низких и высоких температурах, что позволит создавать более совершенные системы питания смартфонов, ноутбуков и электромобилей, рассказали в пресс‑службе РНФ.
Накопление и «расходование» заряда в современном аккумуляторе — два противоположных процесса, которые связаны с направлением движения заряженных частиц (ионов лития Li⁺) внутри батареи. Поэтому скорость зарядки зависит от «легкости транзита» этих частиц между электродами, а емкость аккумулятора — от того, сколько ионов лития один из электродов может «накопить», — объяснили в Российском научном фонде (РНФ).
«Накопителями» чаще всего выступают материалы, которые имеют высокую емкость, но уязвимы при слишком низких или слишком высоких температурах. Кроме того, эти электродные материалы на основе оксида кобальта с литием (LiCoO₂) теряют свои свойства при частой зарядке и разрядке — поэтому некоторые смартфоны «вздуваются» и начинают быстро садиться через несколько лет использования.
Ученые Саратовского национального исследовательского государственного университета имени Н. Г. Чернышевского (СГУ) предложили улучшить материал «накопительного» электрода с помощью графена — углеродного материала, который можно «растянуть» в слой толщиной в один атом. С помощью компьютерного моделирования специалисты выяснили, что чередование слоев графена и LiCoO₂ позволяет получить более совершенный материал для батареек.
«Оказалось, что структура, в которой оксида кобальта с литием по массе было в восемь раз больше, чем графена, обеспечивает наилучшее перемещение ионов — в 1,6 раза быстрее, чем в чистом оксиде кобальта с литием. На зарядку такого аккумулятора будет уходить гораздо меньше времени. Кроме того, емкость этого материала повысилась более чем в пять раз, и она не падала даже при охлаждении до −40 °C и нагреве до +80 °C», — рассказали в РНФ.
Реальные свойства этого материала еще предстоит оценить, отметили в фонде. Перед этими экспериментами ученые планируют провести расчеты процессов, происходящих при отсоединении частиц Li⁺ от электрода, и рассчитать их влияние на свойства нового материала, рассказал РНФ доцент кафедры радиотехники и электродинамики СГУ Владислав Шунаев.
«Наше исследование приближает появление смартфонов и ноутбуков, которые заряжаются за минуты и работают дни без подзарядки, а также электромобилей с запасом хода, сравнимым с бензиновыми авто, и безопасных даже в экстремальных климатических условиях», — приводятся в сообщении РНФ слова специалиста.
Результаты исследования представлены в Journal of Energy Storage. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда.
Источник: РИА