Читаем Юный техник, 2011 № 11 полностью

Литий-ионные аккумуляторы.

Аккумуляторная батарея для автомобиля

Алюминиево-воздушный аккумулятор.

Да и сами эксперименты с алюминием вовсе не означают, что разработчики иных «сосудов для электричества» уже опустили руки. Изобретатели продолжают совершенствовать и уже известные аккумуляторы, и придумывают новые.

Например, корпорация «Сони» недавно разработала экспериментальный образец заряжаемой ионно-литиевой батареи, в которой вместо редких металлов типа лития используются вытяжки… из кукурузных и кофейных зерен!

Двух экспериментальных батареек нового типа, как утверждают разработчики, достаточно, чтобы в течение часа давать энергию портативному музыкальному плееру. Корпус новой батареи также изготовлен из растительных волокон, которые легко утилизируются.

Уже есть технологии, позволяющие повысить емкость такой батареи примерно в 100 раз и заряжать ее также до ста раз. Однако разработчикам еще предстоит решить проблемы, связанные с чрезмерной уязвимостью растительных компонентов к нагреву, повысить долговечность и стабильность работы новых устройств.

Еще один способ улучшить характеристики литий-ионных аккумуляторов связан с… мылом! Да-да, не удивляйтесь, исследователи из департамента энергетики Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории США обнаружили, что обычные мыло и воск обладают некими «секретными» свойствами.

Как известно, к трем основным компонентам литий-ионного аккумулятора относятся два электрода — анод и катод, а также электролит. Положительно заряженный анод изготавливается из графита, а катод (заряжен отрицательно) часто выполняется из оксидов металлов — например, кобальта и никеля. В свою очередь электролит — это литиевая соль в органическом растворителе. Причем обычные литий-ионные батареи не могут похвастаться длительной работой, сохранением одинаковой работоспособности на протяжении всего жизненного цикла. Поэтому специалистам американской лаборатории захотелось большего.

Перебрав несколько вариантов, они решили провести эксперименты с фосфатом марганца-лития. Согласно теории, фосфат марганца-лития может обеспечить аккумулятору очень высокую емкость в 171 ма/ч на грамм материала, однако до сих пор ученым удалось приблизиться к показателю лишь в 120 ма/ч на грамм. Куда деваются целых 30 % емкости? Исследователи пришли к выводу, что дело в молекулярной структуре катода, которую надо усовершенствовать.

Для этого экспериментаторы смешали немного воска и мыла с компонентами электрода, доведя нагревание этой смеси до 400 °C. В результате парафин, состоящий из длинных прямых молекул, позволил молекулам металлов тоже выстроиться в «линии». А олеиновая кислота (компонент мыла) помогла равномерному распределению кристаллов из них. Выполнив свою благородную миссию, вспомогательные материалы испарились. А получившийся в результате катод показал на испытаниях 168 ма/ч на 1 г материала.

И хотя таких показателей удалось добиться лишь при медленной зарядке и разрядке усовершенствованного аккумулятора в течение двух дней, специалист по материаловедению Дейвон Чой и его коллеги поспешили заявить, что при такой емкости будущие батареи смогут весить меньше стандартных аналогов. Кроме того, обещано, что время зарядки будет сокращено, а сама методика еще усовершенствована.

Наконец, совсем недавно Альберт Михранян и его коллеги из Американского химического сообщества объявили о проекте создания легких, экологичных и недорогих батарей, полностью состоящих из неметаллических компонентов. Самым многообещающим материалом для создания сверхтонких батарей исследователи признали электропроводимый полимер полипиррол.

Раньше полипиррол считался коммерчески невыгодным из-за низкой энергоемкости, однако ученые нашли способ улучшить этот показатель в новых батареях.

Секрет состоит в том, что полипиррольное покрытие распределено внутри целлюлозы гомогенными нанослоями, толщина которых меньше диаметра человеческоговолоса в 50 тысяч раз! Данные слои пронизывают отдельные волокна целлюлозы, создавая пористый материал с отличной электропроводимостью.

Правда, мощность батарей пока настолько невелика, что использовать их можно лишь в самых экономичных устройствах. Тем не менее, бумажные аккумуляторы имеют ряд неоспоримых преимуществ перед ионно-литиевыми батарейками. Во-первых, они характеризуются рекордной легкостью — всего несколько граммов веса на 3 мм толщины. А во-вторых, новые аккумуляторы заряжаются полностью меньше чем за минуту.

Так что, как видите, «сосуды для электричества» все еще продолжают совершенствоваться.