Алюмо-графеновая батарея, 5-секундная зарядка, работает при температуре от –40°C до 120°C, 250 000 циклов

• Инженеры создали новую батарею, которая работает в диапазоне температур от -40°C до 120 °C и заряжается за 5 секунд. 
• Он может сохранять 91% своей емкости после 250 000 циклов зарядки-разрядки. 
• Аккумулятор чрезвычайно гибкий, выдерживает 10 000 складываний. 

Инженеры Чжэцзянского университета (Китай) разработали сверхбыструю, всепогодную алюминиево-графеновую батарею с длительным циклом зарядки, которая может похвастаться превосходными характеристиками, особенно с точки зрения времени зарядки. Как только начнется коммерческое производство, аккумулятор можно будет полностью заряжать за 5 секунд, а затем прослужить два часа.

Исследователи материалов и техники, разработавшие батарею, утверждают, что она более морозостойка, менее пожароопасна и может работать в диапазоне температур от -40°C до 120°C. Однако немногие отраслевые эксперты отнеслись к этим утверждениям с сомнением.

Отрицательный полюс батареи изготовлен из алюминия, а положительный – из графена. Он способен сохранять 91% своей емкости после четверти миллиона циклов зарядки-разрядки – намного лучше, чем сегодняшняя литиевая батарея. Он создан для использования в любых климатических условиях и обладает замечательной гибкостью, выдерживает 10 000 складываний.

При интеграции со смартфонами его можно заряжать за 5 секунд и использовать до двух часов. Также аккумулятор прослужит до 70 лет, не теряя своей емкости, даже если телефон заряжать 10 раз каждый день.

Дизайн и производительность

Для изготовления катодного материала алюминиево-ионного аккумулятора они выбрали графит, графен, серу и сульфид металла. Графитовый углерод обеспечивает такие функции, как быстрая зарядка и стабильная езда на велосипеде. Для такого катода на основе углерода инженеры учли 4 требования –

1. Высококристаллизованная решетка графена.
2. Непрерывная электронопроводящая матрица для переноса больших токов и уменьшения внутренней поляризации.
3. Высокая механическая прочность и модуль Юнга предотвращают разрушение материала.
4. Соединенные каналы, обеспечивающие высокую проницаемость электролитов и диффузию ионов.

Чтобы удовлетворить этим требованиям, они создали идеальную графеновую пленку, изготовленную либо путем мокрого прядения, либо путем литья раствора жидкокристаллического оксида графена (ГО) в пленку ГО с последующим химическим восстановлением с образованием восстановленной пленки ГО (rGO) и высокотемпературным отжигом.

Идеально выровненный лист графена обеспечивает более высокую электропроводность и механические свойства, чем вспененный графен, состоящий из листов неориентированного графена. Пленка rGO дополнительно отжигалась при 2850 градусах Цельсия для восстановления атомных дефектов, превращаясь в длинную непрерывную полосчатую графеновую пленку.

Производительность батареи в первую очередь зависит от того, насколько быстро электроны и ионы движутся между отрицательными и положительными электродами. Материал электрода должен обеспечивать свободное движение как можно большего количества электронов и ионов. Если дорога переполнена, это повлияет на производительность. Поэтому необходимо заботиться о качестве, ориентации и пористости микроструктур. И проводящие сети, ионные транспортные каналы и ионные каналы в макроструктуре.

Ссылка:Sciencemag | DOI:10.1126/sciadv.aao7233 | Чжэцзянский университет

Этот принцип конструкции позволяет алюминиево-графеновым батареям сделать большой шаг вперед и обеспечить потрясающую производительность. Ранее емкость алюминиевого аккумулятора колебалась в районе 60 мАч/г, а цикл зарядки-разрядки составлял менее тысячи раз.

Аккумуляторная подсветка светодиода ЗЮ-120 | Изображение предоставлено:Чжэцзянский университет

После тестирования емкость положительного графенового электрода 120 мАч/г, после 25 миллионов циклов зарядки-разрядки все еще сохраняла емкость 91 процента. В то же время быстрая зарядка может быть заполнена за 1,1 секунды, сохраняя обратимую емкость 111 мАч/г.

Некоторые эксперты не в восторге от результатов

По словам отраслевого эксперта Чжэн Цзяту, заместителя управляющего директора China Electric Vehicle Charging Technology, результаты, опубликованные командой, не выглядят многообещающими. «Цифры следует читать с осторожностью», даже тестирование четверти миллиона циклов зарядки-разрядки само по себе заняло бы очень много времени. Эти результаты, скорее всего, представляют собой эксперименты, проведенные на моделируемой модели данных, а не тестирование прототипа.

Более того, коммерциализация потребует нескольких неясных вещей. Некоторые из ключевых факторов включают экономическую эффективность, энергоемкость конкретного типа батареи, безопасность, надежность и зрелую бизнес-модель. Существует множество других проверенных и готовых технологий, которые еще не коммерциализированы.

Читайте:Магниево-ионные аккумуляторы эффективнее и безопаснее литиевых

Однако, по словам исследовательской группы, им еще предстоит пройти долгий путь и преодолеть множество препятствий. Они считают, что «супер» аккумуляторы намного лучше, чем литий-ионные, но все же есть много вещей, которые необходимо улучшить. Кроме того, обычный ионный жидкий электролит довольно дорог. Если можно найти более дешевые электролиты, возможности для бизнеса по производству алюминиево-ионных батарей будут шире.



14 лучших технологических событий 2018 года:конференции для инноваторов, которые обязательно нужно посетить Мировой рекорд:наноэлектронный чип, охлажденный до 2,8 миллиКельвина