Ванг Чанган (Wang Changan) из пекинского университета Цинхуа и Ли Чжу (Li Ju) из Массачусетского технологического университета случайно сделали открытие, способное защитить элементы батарей от износа. Уровень накапливаемого заряда это не увеличит, но поможет найти решение ряда актуальных проблем.
Доктора Ванг и Ли совместными усилиями пытались разработать метод очистки алюминиевых электродов от слоя окиси, вызванного контактом металла с кислородом из атмосферы. По этой причине пленка присутствует почти всегда, но пока речь идет о сравнительно крупных изделиях, проблемы нет. Иное дело микро-конструкции – на наноуровне окись превращается в своеобразный барьер на пути всех частиц, существенно понижающий электропроводность контактов.
Разработанная ими методика предполагала обработку алюминия серной кислотой и оксид-сульфатом титана. Вследствие этого оксидная пленка на электроде сменятся аналогичным покрытием, но на основе титана – это несколько улучшает показатели электропроводности. В ходе экспериментов один из образцов позабыли в емкости с кислотой, где он пролежал на несколько часов дольше положенного. За это время агрессивная среда успела проникнуть сквозь оксидную пленку и частично растворить алюминиевую основу. Получилось нечто вроде оболочки из оксида титана, обрамляющей сердечник из чистого алюминия. Ученые мужи смекнули, что у них в руках оказалось что-то весьма интересное.
У прекрасной во многих отношениях системы литий-ионного аккумулятора есть природный недостаток, обусловленный особенностью ее функционирования. При каждом цикле зарядки-разрядки ионы лития мигрируют, то втискиваясь внутрь графических электродов, то покидая их. Это провоцирует расширение и сжатие последних – явление само по себе условно безвредное. Однако из-за деформации разрушается та самая тонкая оксидная пленка на поверхности контактов, которая опадает, словно шелуха. На ее месте образуется новый слой, которому так же суждено кануть в лету, прихватив с собой некоторое количество вещества электрода и молекул лития.
Проходит достаточно большое количество циклов и вот уже от былой конструкции остались «рожки да ножки», с закономерным ухудшением качества работы батарей вплоть до полного выхода из строя. Использование вместо графита алюминия дает еще более плачевный результат, поскольку металл расширяется и сжимается с большей амплитудой. Но не титан – изучив полученную оксидную пленку, окружившую алюминиевый электрод, ученые пришли к выводу, что они не имеют тесной взаимосвязи. И расширение с последующим сжатием сердечника не приведет к деформации внешней оболочки, в результате чего та сохранится надолго.
Эксперименты показали правоту их выводов – прогнав специально сконструированные батареи через серию из 500 циклов зарядки-разрядки, Ванг Чанган и Ли Чжу замерили степень износа конструкции. Нет, она оказалась не неуязвима, но потеряла на 800% меньше массы, чем типовой литий-ионный аккумулятор при аналогичной нагрузке. Иными словами, ученые открыли путь к созданию батарей, способных прослужить в 4 раза дольше – вот и потенциальное решение проблем с энергетическими системами старых гаджетов. И тех, что используются чересчур интенсивно.
Взято с yablyk.com