Литий-ионные батареи могут перезаряжаться за минуты, совсем не подорожав

Мы уже сбились со счёту, описывая явленные миру литиевые батареи с зарядкой-разрядкой за минуты вместо нынешних часов. Вот только всё это требовало экзотических материалов — нанокристаллов титаната лития, графена, золота и т. п. Легко догадаться, что ни один из этих образцов не завоевал пока рынок: дороговаты материалы.

Исследователи из Ульсанского национального института науки и технологии (Южная Корея) добились повышения скорости забора и отдачи энергии обычными литий-ионными батареями без каких-либо дорогостоящих инноваций: они всего лишь покрыли литий графитом, по стоимости не превосходящим цену грифеля в вашем любимом карандаше.

Благодаря погружению в раствор, насыщенный графитом, на поверхности катода образуется тонкий проводящий углеродный слой, резко ускоряющий зарядку-разрядку. (Иллюстрация Sanghan Lee et al.)

Чтобы добиться нужного эффекта, разработчики вымачивали стандартный катодный материал — литий-марганцевый оксид — в растворе, содержащем графит. Катод карбонизируется, а графит остаётся на материале катода в виде сетки проводящих дорожек. Благодаря этому при подаче тока все контактирующие с дорожками литиевые участки катода начинают заряжаться одновременно, а не слой за слоем, как это происходит в обычном аккумуляторе. То же самое имеет место при разрядке.

В результате скорость этих процессов увеличивается от 30 до 120 раз (в зависимости от температуры). У вас обычный электромобиль? Радуйтесь, на его полную зарядку уйдёт не более 15 минут.

Впрочем, несмотря на оптимистичные заявления Министерства образования, науки и технологии Южной Кореи, мы не стали бы повторять за ним, что «разработка такой батареи существенно поднимет популярность электромобилей, аккумуляторы которых требуют часы для зарядки». Не только электромобилям, но даже гибридам до тех пор предстоит решить множество других проблем, среди которых выделяются высокая стоимость (обычные авто в два раза дешевле), низкая ёмкость и связанный с ней никакой запас хода, а также — что особенно актуально для России — низкая эффективность при отрицательных температурах.

Соответствующая работа опубликована в журнале Angewandte Chemie.

Подготовлено по материалам Phys.Org.