Prieto Battery: новые 3D батареи из металлической пены могут трансформировать индустрию накопителей энергии

Постоянно растущий спрос на всевозможные накопители энергии вынуждают ученых искать радикально новые концепции устройства и методы производства батарей. И несмотря на многомиллионные инвестиции, эта отрасль энергетики по-прежнему не может найти оптимальное, отвечающее современным требованиям

✔ Технологии стоят у истоков любого изобретения. Благодаря им появляются новые устройства и материалы. В этом разделе вы найдете информацию о самых интересных технологиях современного хайтек мира.

Многие исследователи предлагают решить проблему разработав так называемые «трехмерные батареи», которые могут иметь различные исполнения, но основаны на пористой губкообразной структуре, в отличие от традиционных двухмерных форм, представляющих собой тонкие металлические слои в жидком электролите размещенные в герметичном корпусе.

Идея применения пористых материалов для элементов аккумулятора не является новой: например, многие обычные свинцово-кислотные батареи уже используют пену в аноде. Понятие батареи с «пористой внутренней архитектурой» возникло из работы Дебры Ролисон (Debra Rolison), химика-исследователя Военно-морской исследовательской лаборатории. Ролисон начала разрабатывать новые каталитические материалы для топливных элементов в начале 1990-х, а в 1998 году она предложила батарею, состоящую из углеродного аэрогеля – пористой структуры, в которую вставлялся материал катода, чтобы создать 3-D батарею. Ряд исследователей в настоящее время так же развивает концепцию новых, достаточно оригинальных материалов, таких как Portabella грибы или использование целлюлозы из древесной массы.

Стартап Prieto Battery, который берет свое начало из Университета штата Колорадо, предлагает несколько иное, но не менее эффективное решение - 3-D батареи, которые дешевле в производстве, быстрее заряжаются, безопаснее, компактнее и менее токсичны в сравнении с традиционными аккумуляторами. Более того, благодаря их легкому весу, гибкости и возможности принимать самые разнообразные формы, для приложений хранения энергии открываются невообразимые ранее перспективы.

Новые трехмерные батареи радикально отличаются от современных аналогов и тем, как они сделаны, тем из чего они сделаны. Запатентованная технология основана на пористой медной структуре (медной пене), которая находится в ультра тонком слое полимерного электролита, обернутого в катодную матрицу. В результате получается лититий-ионная батарея с трехмерной структурой, состоящая из взаимопроникающих электродов с экстремально близкими расстояниями для процессов диффузии ионов и плотностью мощности, которая на порядок превышает показатели применяемых сегодня двухмерных структур.

Читайте также: Суперэффективные литий-воздушные батареи разработаны британскими учеными из Кембриджа

Использование покрытия из антимонида меди, нанесенного на медную пену посредством электроосаждения, позволяет достичь беспрецедентной стабильности анода и демонстрирует превосходную емкость. Медная пена настолько пориста, что имеет практически «воздушную» структуру, но ее небольшой фрагмент может вмещать поверхности с огромной площадью. С увеличением площади поверхности уменьшается расстояние, которое необходимо преодолевать ионам, таким образом плотность мощности может достигать 14 000 Вт/Л, а плотность энергии - 650 Вт*ч/Л.

Команда стартапа изначально стремилась к простоте, используя обычные материалы и недорогой производственный процесс, который может быть легко масштабируемым. Первый продукт компании представляет собой не полноценную батарею, а лишь анод из медной пены, который будет заменять графитовые аноды в традиционных накопителях.

Ожидается что изначально новые батареи будут использоваться в небольшой потребительской электронике, такой как различные мобильные устройства, однако каких-либо серьезных препятствий для применения пенистых аккумуляторов, например, в электромобилях, не предвидится. Первые аноды Prieto должны появиться на рынке в конце 2016, а полноценный аккумулятор поступит в продажу к 2018 году. В сентябре основатель компании Эми Прието объявила о партнерстве с Intel.