Внутри любой мобильной электроники спрятана литиевая аккумуляторная батарея. Литий завоевал прочные позиции благодаря своим преимуществам. Однако нет предела совершенству.

К улучшенным эксплуатационным параметрам литиевых батарей в сравнении с предшествующими технологиями хранения электроэнергии все уже привыкли, не пора ли найти замену литию, чтобы сделать батареи наших любимых смартфонов ещё лучше?

Учёные из Стэнфордского университета утверждают, что создали батареи, которым по плечу, по меньшей мере, все, что способны продемонстрировать литиевые аккумуляторы. На днях научный коллектив сообщил о разработке и изготовлении прототипа алюминий-ионного аккумулятора.

Главная особенность алюминиевых батарей в том, что их можно заряжать за считанные минуты. Кроме того, алюминий лучше «держит» заряд, чем литий, и безопаснее последнего. Алюминий как материал для аккумуляторов давно привлекал исследователей ввиду относительно низкой стоимости и высокой зарядной ёмкости. Но в течение нескольких десятилетий практические попытки создать алюминиевые аккумуляторы заканчивались провалом. Никак не удавалось совместить воедино высокую ёмкость и продолжительный жизненный цикл с низкой стоимостью.

Исследователям из Стэнфорда удалось найти требуемые сочетания материалов. Технологические препятствия они преодолели благодаря графиту.

Новая батарея состоит из графитового катода, алюминиевого анода и жидкого ионного электролита в гибкой полимерной упаковке. Напряжение алюминиевой батареи около двух вольт, она выдерживает более 7500 зарядно-разрядных циклов без значительного изменения начальной ёмкости. Для сравнения, современные литий-ионные аккумуляторы рассчитаны примерно на 1000 циклов, в то время как предшествующие образцы алюминиевых батарей «умирали» уже после 100.

Ещё одно важное эксплуатационное преимущество новых батарей – их безопасность. Об опасности лития в Интернете можно найти немало информации. Батареи смартфонов склонны к взрыву и воспламенению при повреждениях, но иногда взрываются и загораются самопроизвольно без видимых причин, нанося ущерб имуществу владельцев, а порой и здоровью.

По причине склонности к самопроизвольному возгоранию литиевые батареи могут не пропустить в самолёт, некоторые почтовые компании отказываются их доставлять в посылках. Созданный учёными прототип алюминий-ионной батареи почти во всем превосходит литиевых предшественников, кроме одного параметра. Напряжение одной ячейки алюминиевого аккумулятора около 2 вольт, тогда как напряжение литиевой батарейки 3,7-4,2 вольта.

Исследователи предлагают использовать батарею из двух ячеек и конвертера, чтобы получить напряжение, к которому привыкли не только пользователи, но и производители мобильных устройств. Но такой способ означает увеличение массы и габаритов, что, скажем, несколько неудобно.

«Наша батарея выдаёт около половины напряжения типичной литиевой батареи, – пишет профессор химии Хонгжи Дай (Hongjie Dai) в пресс-релизе. – Но улучшение катодного материала может, в конечном итоге, увеличить напряжение и плотность энергии. В остальном наша батарея обладает всем, о чем только можно мечтать и чем должна обладать батарея: недорогими электродами, безопасностью, высокой скоростью зарядки, гибкостью и длительным жизненным циклом».

Автор: Алексей Норкин