Ученые пообещали продлить жизнь аккумуляторов смартфонов в четыре раза

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.


Литий-ионные батареи, родление работы

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.

Литий-ионные батареи, родление работыЭксперименты 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.

Смотрите также: