Создана инновационная 3D-батарея, заряжаемая за считанные секунды - «Технологии»

Обычные батареи имеют линейную архитектуру с анодом на одном конце и катодом на другом конце и изолятором между ними. Инженеры из Университета Корнелла создали принципиально новую структуру, в которой компоненты переплетены по спирали; изобретатели заявляют, что при такой организации элементов аккумулятор будет перезаряжаться за считанные секунды.

Устройство «батареи Корнелла» основано на сложной пористой структуре под названием гироид, которая ранее подарила чудесный двухмерный материал под названием графен. В батарее используются тонкие пленки углерода (но недостаточно тонкие, чтобы стать графеном), которые выстроены по спирали на основании процесса, известного как самоорганизация полимеров.

Углеродный гироид формирует анод батареи с тысячами пор диаметром в 40 нанометров. Это пористое вещество покрыто слоем изоляционного материала толщиной в десять нанометров, за которым расположен серный катод и последний ингредиент для заполнения пористой структуры – проводящий полимер PEDOT (полиполистирен сульфонат).

Читайте также: Технология «протонных батарей» обещает перевернуть отрасль накопителей энергии

Каждая из пор имеет все необходимое для хранения и передачи электрического заряда, фактически это тысячи нанобатарей в одном аккумуляторе, и распределение их по форме спирали обеспечивает многократно большую плотность потока энергии, нежели позволяет архитектура обычных батарей. С практической точки зрения это значит, что аккумулятор можно зарядить за считанные секунды.

При очевидных достоинствах новая батарея все же неидеальна: в процессе зарядки и использования аккумулятора слой серы расширяется, а слой проводящего полимера – нет, в результате маленькие фрагменты полимера выпадают из системы и не восстанавливают утраченные связи, из-за чего ресурс батареи постепенно уменьшается.

«Когда сера расширяется, маленькие кусочки полимера разрываются на части и не восстанавливается снова, когда сера сжимается, - говорит Ульрих Визнер, один из соавторов исследования. - Это означает, что образуются части 3D-батареи, к которым вы теряете доступ».

Сейчас ученые работают над устранением этой проблемы и оформляют патент концепции в ее нынешнем виде.

Читайте также: Долговечность батарей Tesla оказалась больше, чем ожидалось

Источник: news.cornell.edu