Один из изобретателей литиево-ионных батарей, находящих сегодня применение в портативных компьютерах, телефонах и планшетах, анонсировал следующее поколение аккумуляторных технологий: твердотельную батарею, которая отличается безопасностью в использовании и в три раза превосходит по запасу энергии сегодняшние.
Лауреат премии Ферми Джон Гуденаф, предложивший в свое время оксид кобальта-лития в качестве материала катода в современных литиево-ионных батареях, совместно с Марией-Еленой Брага разработал новый тип батареи. Роль электролита в ней выполняет твердое стекло. (Впрочем, это уже не первая твердотельная батарея в мире – в прошлом году исследователи из Samsung и Массачусетского технологического института предложили свой ее вариант.)
По словам исследователей, твердотельные батареи позволяют решить сразу несколько проблем, включая проблему безопасности. Компания Samsung, к примеру, из-за воспламенения батареи вынуждена была отозвать все выпущенные смартфоны Galaxy Note7. Вина за неисправность при этом была возложена на независимых поставщиков батарей. В случае с Note 7 и другими инцидентами воспламенение происходило в результате короткого замыкания, которое приводило к перегреву, а в некоторых случаях и взрыву батарей.
Одной из причин короткого замыкания являются так называемые «дендриты» – металлические усы, которые образуются самопроизвольно и пронизывают электролит, разделяющий катод и анод батареи, насквозь. (В случае с устройствами Samsung, однако, дендриты скорее всего были ни при чем, а короткое замыкание возникало из-за каких-то иных производственных дефектов.) Гуденаф и Брага утверждают, что стеклянный электролит, применяемый в их твердотельной батарее, препятствует образованию дендритов.
Тестирование показало, что по запасу энергии твердотельные батареи почти в три раза превосходят привычные литиево-ионные элементы. Таким образом, теоретически при равном объеме твердотельные батареи обладают в три раза более высокой емкостью. Исследователи утверждают, что элементы, обладающие низким сопротивлением, выдерживают до 1200 циклов перезарядки. Новые батареи могут работать при температуре до -20 градусов Цельсия.
(Без ответа пока остается лишь вопрос об изменении емкости твердотельных батарей в процессе их эксплуатации. Наблюдения показывают, что после 250 циклов полного разряда емкость современных литиево-ионных батарей снижается на 73%.)
Гуденаф и Брага утверждают, что стеклянный электролит, в котором присутствует натрий, отличается большей экологической чистотой по сравнению с сегодняшними литиевыми элементами. Кроме того, стеклянный электролит позволяет использовать в катоде и аноде щелочные металлы, что упрощает производство. Возникает вопрос, что дальше? По сути, осталось только найти компанию, которая наладит производство новых батарей.
Почему новые технологии имеют такое важное значение? Замена литиево-ионных аккумуляторов на твердотельные затронет практически все устройства, работающие от батарей. Конечно, потребители ценят безопасность, но вряд ли им понравится, если их телефоны и планшеты, работая от батареи, начнут разряжаться быстрее, чем раньше. Похоже, что Гуденафу, Брага и их команде исследователей удалось решить эту задачу, и в крайне медленных в последнее время темпах развития аккумуляторных технологий произойдет наконец ощутимый скачок.