Ни для кого не секрет, что современные технологии аккумуляторов серьезно сдерживают развитие мобильных технологий. Батареи прогрессируют намного медленнее, чем остальные компоненты гаджетов, поэтому производители больше концентрируются на снижении энергопотребления процессоров и дисплеев, которые являются главными потребителями заряда. Однако ученые Северо-Западного университета США представили новую разработку, которая позволит увеличить емкость аккумуляторов в десять раз и во столько же раз сократить время их зарядки.
Литий-ионные батареи нового типа оснащаются большим числом слоев графена, то есть углерода толщиной в один атом. Литиевые ионы заполняют пространство между графеновыми слоями, и когда происходит процесс зарядки, эти частицы движутся к краю листов по направлению к другим слоям, высвобождая место для других ионов. В этом случае скорость зарядки аккумулятора характеризуется скоростью, с которой ионы пробираются от слоя к слою. Ранее ученые пытались заменить графен кремнием, однако после нескольких циклов зарядки-разрядки кремниевые пластины растягиваются и в конечном итоге разрушаются.
Решение нашла группа ученых под руководством профессора Гарольда Куна (Harold Kung). Они решили использовать преимущества двух материалов сразу, «разбавив» пространство между углеродными пластинами кремниевыми нанокластерами. Эти нанокластеры увеличивают количество ионов, которые содержатся в батарее, и поскольку графен гибок, деформацию этих нанокластеров можно контролировать. В результате, как утверждает профессор Кун, емкость аккумулятора можно удесятерить.
Кроме этого, ученые лаборатории Куна предложили перфорировать графеновые листы, создав таким образом «проходы» на следующие слои. При размерах отверстий всего в 10-20 нм аккумулятор увеличивает и скорость зарядки батареи, в те же самые десять раз. Единственным недостатком технологии является более быстрая деградация аккумуляторов, которая становится заметной уже после 150 циклов зарядки разрядки. Однако, учитывая емкость, эти 150 циклов эквивалентны 1500 циклам современных батарей. О планах разработчиков на коммерциализацию изобретения пока не сообщается.
