Графен ускоряет работу железоникелевых батарей в 1000 раз

Железоникелевые батареи, созданные в начале прошлого века Эдисоном, на протяжении последних 40 лет постепенно утрачивали популярность, несмотря на присущую им высокую надежность. Время зарядки таких аккумуляторов исчисляется часами, отдают заряд они тоже очень медленно. Поэтому сегодня железоникелевые элементы выпускают считанные компании, в основном, для аккумулирования избыточного электричества, генерируемого солнечными и ветровыми энергостанциями.

В работе, о которой сообщается в издании Nature Communications от 26 июня, профессор химии в Стэнфорде Хонгджи Дай (Hongjie Dai) вместе с коллегами нашел способ повысить скорость зарядки-разрядки таких батарей почти в 1000 раз. Обновленные железоникелевые элементы могут быть полностью заряжены примерно за 2 минуты, а обратный процесс занимает всего 30 секунд.

Углерод уже давно применялся для улучшения электропроводности электродов. Совершенствуя батареи Эдисона ученые использовали графен — одноатомный слой углерода — и нанотрубки, образованные из 10 концентрически свернутых плоскостей графена.

В обычных электродах железо и никель произвольно смешивают с углеродом. В противоположность этому, в Стэнфорде выращивали нанокристаллы оксида железа в графене и гидрохлорида никеля — в нанотрубках. Это обеспечило сильную химическую связь между металлическими частицами и основой из углеродных наноматериалов, что, собственно, и привело к такому значительному росту быстродействия.

Одновольтовый прототип, сконструированный в лаборатории Дая, позволяет поддерживать работу фонарика. В планах ученого — создать гораздо более крупные батареи, пригодные для работы в энергосетях и транспортных средствах. Для этого технологию предстоит улучшить: экспериментальный образец пока не обеспечивает требуемую стабильность. Его емкость уменьшается примерно на 20% за 800 циклов перезарядки. Это в целом соответствует эксплуатационным качествам литий-ионных аккумуляторов, однако новые устройства предполагается перезаряжать гораздо чаще, поэтому деградация должна быть практически полностью исключена.

Изначально Эдисон создавал такие батареи для питания электромобилей. Хотя они все еще не могут полностью заменить там литий-ионные батареи — плотность энергии пока не идеальна — улучшенные скоростные качества позволят использовать их в качестве экстренного источника питания в форсированных режимах или в качестве аккумулятора регенеративных тормозных систем.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365