Вокруг Науки Техники

[Flanger]

Водная батарея на основе йода показала удельную энергоплотность 1200 Вт*ч/л

По сравнению с литиевыми аккумуляторами, удельная энергоплотность которых 700 Вт*ч на литр, у новых батарей на основе йода и брома этот показатель намного выше — 1200 Вт*ч/л. Вдобавок они безопаснее. Разработка позволит использовать водные батареи в электромобилях, утверждают специалисты Академии наук Китая.

Популярность литиевых батарей, в частности, основана на высоком показателе удельной плотности энергии, а к них недостаткам относится взрывоопасность. Аккумуляторы с электролитом на водной основе не несут таких рисков, но количество энергии, которое они способны накопить на единицу массы или объема у них существенно меньше: обычно менее 200 Вт*ч/л.

Из-за такого низкого показателя удельной энергоплотности водные батареи «интересны только как крупные стационарные накопители энергии», пишут исследователи. Для того чтобы исправить эту ситуацию, они взялись за разработку электролита на основе йода. Собрав батарею с анодом на основе кадмия, они обнаружили, что она выдерживает свыше 300 циклов разряда/заряда при эффективности 78%. А с анодом из ванадия количество циклов возросло до 1000 при сохранении высокой стабильности, сообщает SCMP.

Как отмечают авторы исследования, по показателю удельной энергетической плотности — 1200 Вт*ч/л — их батарея превзошла некоторые виды батарей с твердотельным электролитом и сравнима по стоимости с традиционными литиевыми батареями.
«Наша работа демонстрирует, что безопасные водные батареи с высокой плотностью энергии возможны и могут стать вариантом развития для крупномасштабных энергосетей и даже электрических автомобилей», — говорится в научной статье.

Аккумуляторные водные цинк-ионные батареи (RAZB) — более безопасная альтернатива литий-ионым, однако и они подвержены разрушительному воздействию дендритов и реакциям выделения водорода, которые снижают производительность батареи. Свое решение предложили австралийские ученые — они смогли полностью нейтрализовать появление дендритов и довели плотность энергии в такой батарее до 75 Вт*ч/кг.

[Flanger]

В Швейцарии передвижной путепроводный мост (мост ASTRA) используется для проведения дорожных работ без остановки движения транспорта.

[Flanger]

 

[Flanger]

[Flanger]

Китайская фирма Unitree показала удивительно гибкого робота-гуманоида G1

 

 

Характеристики:

• Вес — 35-47 кг (зависит от модели, есть G1 или G1 EDU)
• Высота — 127 см
• Скорость бега — 2 м/с
• На борту может быть до 43 «суставов»
• 3D-лидар и другие датчики
• Поддержка Wi-Fi 6 и Bluetooth 5.2.
• Автономность — около 2 часов
• ИИ-модель — UnifoLM
• Ударостойкий корпус
• Цена — от 16 000 долларов (1,5 млн рублей)

Главная фишка, судя по видео, это конечно же гибкость. Машина может встать с пола на ноги и способна вращать конечностями. Робота можно пинать с ноги и бить руками, он всё равно удержится на своих двоих.

[Flanger]

В Британии испытали первую в мире квантовую систему навигации для самолетов

Хотя неполадки с GPS в районах, не вовлеченных в военные конфликты, случаются сейчас относительно редко и не оказывают влияния на маршруты гражданской авиации, перестраховаться никогда не мешает. Британские оборонные предприятия BEA Systems и QinetiQ провели испытания квантовой системы позиционирования, навигации и синхронизации, разработанной компанией Infleqtion. Предполагается, что она обеспечит точную и защищенную навигацию, дополняющую современные спутниковые системы.

В серии летных испытаний, прошедших на полигоне министерства обороны Великобритании в Уилтшире, были протестированы две передовых квантовых технологии: компактная квантовая система на ультрахолодных атомах и небольшие оптические атомные часы Tiqker. Обе разработки были установлены на опытный самолет RJ100 Airborne Technology Demonstrator, специально созданный для подобных целей оборонным предприятием QinetiQ.

«Успешные летные испытания продемонстрировали потенциал квантовой технологии в преодолении недостатков навигационных систем и открыли перед ней потрясающие возможности в аэрокосмической и других отраслях промышленности», — заявил Тимоти Балленс, президент Infleqtion.
Система позиционирования, навигации и синхронизации (PNT), разработанная Infleqtion, обещает обеспечить авиационные навигационные системы беспрецедентной точностью и надежностью, пишет IE. Она работает автономно и не зависит от традиционных спутниковых систем позиционирования на основе GPS. Важным компонентом этой системы является возможность точно определять время. За это отвечают атомные часы Tiqker. А портативный генератор ультрахолодных атомов, охлажденных почти до температуры абсолютного нуля, незаменим для квантовых акселерометров и гироскопов.

Испытания состоялись в рамках государственной программы Национальной квантовой стратегии, на которую правительство Великобритании выделило свыше 2,5 млрд фунтов.

 

[Flanger]

[Flanger]

[Flanger]

Создана самая эффективная система производства водорода с эффективностью 95%

Hysata обещает самый дешевый в мире водород благодаря новому устройству, которое расщепляет воду на H2 и O2 с эффективностью 95%, что примерно на 20% выше, чем у лучших традиционных электролизеров.

Для производства водорода необходимо потратить некоторое количество энергии – обычно около 20–30%, даже в самых лучших системах, которые используют около 52,5 кВтч энергии для создания килограмма водорода, который может хранить 39,4 кВтч энергии. Это способствует высокой стоимости экологически чистого топлива, которое действительно с трудом может конкурировать с ископаемым топливом и батареями.

Компании Hysata представила новое устройство; при эффективности 95% оно использует всего 41,5 кВтч энергии для создания килограмма водорода, сокращая эксплуатационные расходы производителей водорода, а также сокращая капитальные затраты за счет более дешевой установки и эксплуатации. Результат: самый дешевый экологически чистый водород.

В компании говорят, что ключевой целью конструкции, первоначально изобретенной учеными из Университета Вуллонгонга, является устранение пузырьков водорода и кислорода в электролитной жидкости между анодом и катодом. Пузырьки не проводят ток и могут прилипать к поверхности электродов, а это означает, что меньшая часть электрода подвергается воздействию электролита. Это увеличивает сопротивление системы и объясняет большую часть энергии, которая тратится впустую.

Конструкция Hysata удерживает электролит в нижней части устройства и позволяет вытягивать его через пористый гидрофильный сепаратор между электродами. Каждый электрод имеет полный прямой контакт с электролитом на внутренней стороне и сухую камеру на внешней стороне.

Таким образом, когда вода поднимается по трубке и разделяется, газам не через что пузыриться. Сопротивление значительно снижается, и капиллярное действие втягивает больше воды в центральный сепаратор без необходимости использования какого-либо насоса, а общая эффективность резко возрастает.

Hysata утверждает, что в лабораторных условиях была измерена эффективность этой клетки на уровне до 98%. Так что эффективность в 95% может быть реальной цифрой.

[Flanger]

[Flanger]

Китайские учёные создали прозрачный бамбук — огнеупорную и водонепроницаемую альтернативу стеклу

Учёные давно научились делать древесину прозрачной, растворяя лигнин в древесных волокнах и заменяя его оргстеклом или эпоксидной смолой. Тем самым производится строительный материал с интересными свойствами, способный заменить стекло в определённых конструкциях. Но дерево — это достаточно ценный и востребованный материал даже без такой хитрой модификации, и китайские учёные решили заменить его бамбуком, ведь он растёт намного быстрее.

Проблемой занялась группа исследователей из Центрально-Южного университета лесного хозяйства и технологий (CSUFT) Китая. Поскольку бамбук — это, по сути, та же древесина, учёные использовали тот же подход для придания ему прозрачности, что и в случае обычной древесины. Сначала они растворили лигнин, а затем последовательно обработали материал рядом растворов.

Для придания бамбуку прозрачности его обработали жидким неорганическим силикатом натрия (жидкое стекло). Затем материалу придали водоотталкивающие свойства. В итоге получился своего рода трёхслойный прозрачный материал, верхний слой которого представлен силаном (соединения кремния с водородом), средний — диоксидом кремния, а нижний — жидким стеклом. Получившийся материал обладает светопропусканием 71,6 %, оказался огнестойким, водоотталкивающим и характеризуется модулем сдвига 7,6 ГПа (сопротивление сдвиговой деформации), а также модулем упругости (модулем Юнга) 6,7 ГПа.

Более того, пропускающий свет бамбук показал свою эффективность в качестве подложки для перовскитной солнечной панели, повысив её эффективность на 15,29 %. При этом он служил защитой для ячейки, которая крайне чувствительна к уровню влажности окружающей среды. В будущих исследованиях, заявили учёные, они создадут техпроцесс для массового производства прозрачного бамбука и изделий из него, например, прозрачных крыш и стен.

[Flanger]

[Flanger]

Китайские ученые получили из бамбука прозрачное огнеупорное стекло

Ученые из Центрально-Южного университета лесного хозяйства и технологий в Китае разработали на основе натурального бамбука новый прозрачный материал, напоминающий стекло. В отличие от изделий на основе дерева, «бамбуковое стекло» обладает огнестойкостью и имеет супер-гидрофобные свойства. В солнечных панелях это стекло пропускало 71,6% света, что повысило эффективность преобразования энергии на 15,29%. Бамбук растет быстрее, чем деревья, и поглощает больше CO₂, поэтому это более экологичный вариант изготовления из него новых материалов.

Кремнезем является традиционным материалом для производства стекла. На протяжении тысячелетий кварцевое стекло использовалось в разных отраслях, и в 2020 году спрос на него превысил 130 млн тонн. Однако, несмотря на простоту и дешевизну производства стекла таким способом, конечный продукт получается тяжелым и хрупким, а сам процесс выделяет парниковые газы. Поэтому остро стоит необходимость в экологически безопасной альтернативе.

Цифровой прорыв: как искусственный интеллект меняет медийную рекламу
В поисках экологичных решений растет спрос на прозрачные материалы из дерева. По сравнению с традиционными материалами, древесина обладает меньшим углеродным следом, а также превосходной механической прочностью и теплоизоляционными свойствами. И, самое главное, этот материал имеет лучшую прозрачность, чем кварцевое стекло, а потому лучше подходит для многократного применения. Однако проблема заключается в нехватке сырья. По оценкам, даже с учетом плантаций, к 2050 году в мире будет значительный дефицит промышленной древесины.

Кроме того, полимеры, используемые для придания древесине прозрачности, делают ее легковоспламеняющейся, что представляет серьезную опасность. Чтобы решить эту проблему, китайские исследователи использовали для создания своего прозрачного материала бамбук.

Бамбук имеет более высокую скорость роста и регенерации, что позволяет использовать его в качестве строительного материала уже через 4-7 лет после посадки.
По словам ученых, бамбук в четыре раза эффективнее древесины с точки зрения урожайности. Он ценится за свою исключительную продуктивность и даже называется «вторым лесом». Состав бамбука аналогичен древесному, а его вертикальные каналы обеспечивают высокую пористость и проницаемость.

Исследователи использовали это свойство бамбука для создания прозрачного материала, похожего на стекло. С помощью вакуумной пропитки они внедрили неорганический жидкий силикат натрия (Na2O·nSiO2) в структуру бамбука, предварительно удалив лигнин. Затем промежуточный продукт прошел гидрофобную обработку. Благодаря этой стратегии удалось создать огнестойкий барьер из трех слоев: верхний слой из силанов (кремневодородов); средний слой из диоксида кремния (SiO2), полученный гидролизом-конденсацией метасиликата натрия (Na2SiO3) на поверхности; и внутренний слой из Na2SiO3

В ходе испытаний исследователи обнаружили, что их материал воспламеняется за 116 секунд и выделяет всего 0,7 МДж/м² тепла. Дымообразование от материала также было меньше — 0,063 м². Для сравнения, время воспламенения обычной древесины составляет 5-30 секунд. Помимо огнестойкости, материал обладает улучшенными механическими свойствами, такими как прочность на изгиб и растяжение.

Исследователи использовали прозрачный материал для создания перовскитных солнечных элементов. Материал показал высокую светопропускную способность — 71,6%, что привело к повышению эффективности преобразования энергии на 15,29%. В будущих исследованиях ученые сосредоточатся на крупномасштабном производстве и многофункциональности бамбука.

[Flanger]

[Flanger]

Двигатель на аммиаке разработала компания Toyota

Японский автопроизводитель Toyota представил новинку, которая может переосмыслить будущие технологии, используемые в автомобильном секторе. Речь идет о новом двигателе, который не использует ни электричество, ни традиционное топливо. Однако одна деталь, вероятно, будет вызывать серьезную озабоченность у будущих пользователей: запах и токсичность.

Неожиданный выбор

Когда речь заходит о разработке альтернатив ископаемому топливу, электричество и батареи, похоже, оказываются далеко впереди. Многие компании уже сделали ставку на эту технологию, которая в скором времени должна получить преимущества сверхбыстрой подзарядки. Однако в рамках энергетического перехода изучаются и другие решения, в том числе биотопливо и синтетическое топливо (e-fuels).

В 2023 году журнал Autocar сообщил об инновации японского производителя Toyota в партнерстве с китайским производителем GAC Motor. Речь идет о потенциально революционном двигателе, который не использует ни бензин, ни электричество, ни даже водород. На самом деле, этот инновационный двигатель работает на аммиаке.

Аммиак (NH3) - это химическое соединение, которое обычно не рекомендуется использовать. Бесцветный и раздражающий, он издает резкий запах в малых дозах и обжигает глаза в больших концентрациях. Длительное воздействие может также вызвать серьезные проблемы со здоровьем. Обычно это одно из самых широко синтезируемых соединений в мире, оно используется в производстве удобрений, взрывчатых веществ, табака, полимеров и холодильного оборудования.

Трудные препятствия, которые нужно преодолеть

Компания Toyota находится далеко впереди, когда речь идет о гибридных автомобилях, но, похоже, сильно отстает, когда дело доходит до поиска альтернативных решений. Тем не менее, производитель обещает сокращение выбросов парниковых газов на 90% с помощью этого аммиачного двигателя. Более того, можно будет переоборудовать уже имеющиеся на дорогах двигатели внутреннего сгорания, что станет большим преимуществом. Однако это означает создание новых производственных и торговых мощностей.

И хотя преимущества налицо, главный недостаток этого двигателя может оказаться труднопреодолимым. От него исходит ядовитый и, прежде всего, токсичный запах. Трудно представить, что часть автопарка могла бы работать на таком двигателе. Другими словами, идея может оказаться очень интересной, если ответственные за проект однажды найдут способ значительно ограничить этот запах.

[Flanger]

Литиевая батарея

[Flanger]

Железный катод сделает литий-ионные батареи дешевле

Сегодня стоимость катода — это половина стоимости литий-ионного элемента питания. Кроме того, существует проблема безопасности и устойчивости. Новый тип катода на основе железа заменит более дорогие и редкие металлы — кобальт и никель, — и откроет путь к производству более безопасных и дешевых батарей с повышенной плотностью энергии, по сравнению с традиционной литий-ионной химией.

Спрос на никель и кобальт растет вместе с распространением электромобилей, и через несколько десятков лет предсказанный дефицит этих металлов не позволит продолжать производство литий-ионных аккумуляторов в их нынешнем виде, пишет Science Daily. Вдобавок, плотность энергии этих элементов уже приблизилась к потолку — еще немного, и батареи начнут воспламеняться во время зарядки из-за выбросов кислорода. Плюс добыча кобальта загрязняет окружающую среду и воду.

Все это вместе объясняет, почему ученые ряда стран заняты поисками другой химии для батарей. Международная команда ученых решила заменить катод литий-ионной батареи на железный. Это четвертый по распространенности в земной коре элемент, и его точно хватит надолго.

«Мы изменили реакционную способность железа, самого дешевого из металлов, — сказал Цзи Сюлэй, исследователь из Университета штата Орегон. — Наш электрод может предложить более высокую плотность энергии, чем современные катодные материалы в электромобилях. А поскольку мы используем железо, цена которого обычно не превышает доллара за килограмм — небольшую долю от цены на никель и кобальт, незаменимых для современных высокоэнергетических литий-ионных аккумуляторах — цена наших батарей потенциально намного ниже».
Исследователи повысили реактивную способность железа в катоде, разработав химическую среду на основе фтора и фосфатов. Эта смесь, добавленная в твердую среду, обеспечила двустороннюю конверсию — то есть перезарядку батареи — железного порошка, фторида лития и фосфата лития в соли железа.

«Мы показали, что разработка материалов с анионами может преодолевать порог плотности энергии для более устойчивых и дешевых батарей, — сказал Цзи. — Мы не используем более дорогие соли в сочетании с железом, только те, которые применяются в индустрии батарей, и еще железный порошок. Для установки нового катода не надо менять ничего другого — никаких новых анодов, никаких новых производственных линий, никакой новой архитектуры батарей. Мы меняем только одно — катод».

Инженеры из США разработали литий-ионную батарею с катодом из органики вместо кобальта или никеля — она может снять зависимость индустрии электротранспорта от редких металлов. Новый тип катода дешевле, проводит электричество не хуже, а заряжает батарею быстрее кобальтового.

[Flanger]

Робот Mitsubishi собрал кубик Рубика с рекордной скоростью: человек успеет один раз моргнуть

 

[Flanger]

Всё больше сообщений, что бионический подводный робот от китайской компании Boya gondbao начал поставляться в ВМФ Китая

Впервые бионический подводный робот, напоминающий рыбу аровану, был продемонстрирован (https://www.odditycentral.com/news/chinese-army-showcases-eerily-realistic-fish-like-underwater-drone.html) на военной выставке в Пекине три года назад. Известно, что разработка была дополнительно модифицирована, но точные параметры модификаций не известны. Три года назад данный робот был способен работать без подзарядки на протяжении 8 часов.

[Flanger]

Разработан материал, который пропускает больше света, чем стекло — а ещё он охлаждает помещения и самоочищается

Команда учёных опубликовала в журнале Nature Communications информацию о новом микрофотонном многофункциональном метаматериале на основе полимера (Polymer-based Micro-photonic Multi-functional Metamaterial, PMMM). Коэффициент светопропускания нового материала составляет 95 % по сравнению с 91 % у большинства стёкол. Также PMMM самоочищается и отражает инфракрасные волны, поддерживая температуру в помещении на 6 °C ниже, чем снаружи.

PMMM представляет собой тонкую плёнку, которую можно наклеить на поверхность обычного стекла. Свои особые свойства он приобретает благодаря микроскопической структуре поверхности, на которой выгравирован узор из пирамидок шириной всего 10 микрон каждая. Этот узор рассеивает 73 % падающего на плёнку света, что делает поверхность визуально матовой, при этом коэффициент светопропускания PMMM составляет 95 % по сравнению с 91 % у большинства стёкол.

  

Разработчики утверждают, что новый материал обеспечивает более комфортное освещение не только для людей, но и для растений. «Этот материал позволяет создавать освещённые, безбликовые и обеспечивающие конфиденциальность внутренние помещения для работы и проживания, — утверждает ведущий исследователь Ган Хуанг (Gan Huang). — В теплицах высокий коэффициент пропускания света может повысить урожайность, поскольку эффективность фотосинтеза на 9 % выше, чем в теплицах со стеклянной крышей».

  
PMMM также обладает способностью отражать инфракрасное излучение, охлаждая помещение за счёт так называемого «радиационного охлаждения». Использование нового материала способно, по утверждению создателей, снизить температуру в помещении на 6 °C по сравнению с температурой окружающей среды.

  
Разработчики также сообщают о способности PMMM к самоочищению. Выгравированные микроскопические пирамидки обеспечивают материалу гидрофобные свойства, удерживая тончайший слой воздуха, из-за чего капли воды (дождь, роса) скатываются, унося с собой пыль и грязь.

 «Этот материал может одновременно оптимизировать использование солнечного света в помещении, обеспечить пассивное охлаждение и снизить зависимость от кондиционирования воздуха, — уверен Хуанг. — Решение масштабируемо и может быть легко интегрировано в планы экологически чистого строительства зданий и городского развития».

[Flanger]

Toyota удалось создать более компактные ДВС, способные работать на разных видах топлива

Агентство Reuters привело новые доказательства попыток Toyota Motor продлить жизненный цикл двигателей внутреннего сгорания как класса силовых установок в целом. Японским инженерам удалось создать новое семейство более компактных и лёгких ДВС, которые способны работать на различных видах топлива, включая получаемое из сырья биологического происхождения.

В презентации принимали участие представители Mazda и Subaru, пакетами акций которых владеет Toyota Motor. Надо полагать, все три компании будут использовать двигатели нового семейства. Публике были представлены ДВС объёмом 1,5 и 2,0 литра, которые по массе и габаритам на 10% меньше существующих аналогов. Для гибридов уменьшение массы и габарита ДВС выгодно как увеличением запаса хода, так и появлением дополнительного свободного пространства. Фактически, по своим характеристикам новый двухлитровый ДВС не уступает используемым Toyota турбированным двигателям объёмом 2,4 литра, но при этом он на 10% компактнее и легче. Когда новые силовые установки пропишутся в составе серийных машин, не уточняется. Здесь следует учитывать, что Toyota имеет традиции очень долгих испытаний новых узлов и агрегатов, которые призваны предложить потребителям надёжную продукцию.

[Flanger]

Toyota показала уменьшенные ДВС, которым не нужны бензин и дизель —они могут работать даже на водороде

Оставаясь крупнейшим автопроизводителем в мире, японская корпорация Toyota Motor продолжает настаивать, что в обозримом будущем двигатели внутреннего сгорания никто не вытеснит с рынка, а потому имеет смысл вкладывать средства в оптимизацию их конструкции и характеристик. Toyota, Subaru и Mazda продемонстрировали прототипы новых ДВС, которые способны работать на различных видах топлива и лучше приспособлены к интеграции в гибриды.

Совместная презентация трёх компаний проходила под лозунгом Multipathway Workshop, который подразумевает наличие нескольких альтернативных путей достижения углеводородной нейтральности в сфере транспорта. Японские автопроизводители дали понять, что ДВС на новом этапе своей эволюции должны быть приспособлены к работе с новыми типами топлива, включая и углеродно-нейтральные. В частности, Toyota уже давно ведёт разработки по использованию сжиженного водорода в качестве топлива для ДВС, и силовые установки нового поколения будут приспособлены к нему наряду с биотопливом. В целом, Toyota в сотрудничестве с японскими топливными и химическими компаниями разрабатывает виды топлива, которые позволяют ДВС не выбрасывать углекислый газ в качестве побочного результата эксплуатации.

Toyota демонстрировала на мероприятии два рядных четырёхцилиндровых ДВС нового поколения, объёмом 1,5 и 2,0 литра, которые получились на 10 % компактнее и легче применяемых сейчас корпорацией двигателей сопоставимого объёма. Фактически, старшая модель объёмом два литра превосходит по мощности турбированный двигатель объёмом 2,4 литра, но при этом оказывается легче и компактнее. Важно, что эти двигатели изначально рассчитаны на использование различных видов топлива, включая биотопливо и сжиженный водород. Когда Toyota выведет такие ДВС на рынок, не уточняется, но компания ставит перед собой цель сделать это до очередного ужесточения экологических норм.

Важно, что сниженная масса и габариты новых ДВС сами по себе положительно влияют на экологию. Более лёгкий двигатель позволит снизить вес авто, а это означает меньший расход топлива и заряда тяговой батареи, если речь идёт о гибридах. Уменьшенные габариты позволяют ниже опустить крышку капота, как поясняет Toyota, а это благоприятно сказывается на аэродинамике и всё том же расходе топлива. Новое семейство двигателей оптимизировано для использования в гибридных силовых установках.

Subaru идёт традиционным для себя путём, пытаясь сохранить оппозитную компоновку ДВС с низким центром тяжести, но также предусматривает использование таких двигателей в гибридных силовых установках и их работу на сжиженном водороде.

Компания Mazda возрождает идею использования роторно-поршневых двигателей внутреннего сгорания на легковом транспорте. На стенде автопроизводитель продемонстрировал прототип двухроторного двигателя такого типа, а также прототип однороторного ДВС, который предназначен для интеграции в гибридную силовую установку.

Руководство Toyota считает, что в этом десятилетии аккумуляторным электромобилям не удастся завоевать более 30 % мирового рынка. В структуре продаж автомобилей самой Toyota в первом квартале 40 % занимали гибриды с ДВС, но на долю подзаряжаемых гибридов, аккумуляторных электромобилей и машин с водородными топливными ячейками пришлось не более 2,9 % из тех 2,4 млн автомобилей, которые Toyota реализовала за период.

[Flanger]

[Flanger]

 

[Flanger]

Гиперпористый анод литиевого аккумулятора перепишет правила на рынке батарей, заявили корейские учёные

Группа исследователей из Южной Кореи представила гибридный проводник для литий-металлических аккумуляторов с высокой плотностью энергии. Создание на его основе анодов аккумуляторов не только повысит их ёмкость, но также сделает их в несколько раз легче современных аналогов. Это способно переписать правила игры на рынке, считают изобретатели.

Как сообщили в своей статье в журнале Advanced Science учёные с химического факультета Похангского университета науки и технологий (POSTECH) и из Корейского института энергетических исследований (KIER), новая лёгкая трёхмерная структура анодного материала значительно облегчает транспортировку ионов лития.

Профессор Сучжин Пак (Soojin Park) из POSTECH, подчёркивая важность работы, заявил: «Это исследование открывает новые возможности для максимального увеличения плотности энергии литий-металлических аккумуляторов». Его коллега, доктор Гючжин Сон (Gyujin Song) из KIER добавил: «Эта структура, сочетающая в себе лёгкость с высокой плотностью энергии, представляет собой прорыв в технологии аккумуляторов будущего».

Не секрет, что литий-металлические аноды способны достигать энергоемкости 3860 мА·ч/г, что более чем в десять раз больше, чем у выпускаемых в настоящее время графитовых анодов. Это позволяет литий-металлическим анодам накапливать больше энергии в меньшем пространстве и, в отличие от графита или кремния, они могут непосредственно участвовать в электрохимических реакциях в качестве электродов.

Другое дело, что в процессе зарядки и разрядки таких аккумуляторов происходит неравномерное распределение ионов лития, что создаёт зоны, известные как «разряженный литий», а это снижает ёмкость и производительность аккумулятора. Кроме того, литий может нарастать в виде игл внутри батареи, что ведёт к коротким замыканиям. Во многом эти препятствия преодолимы, но до сих пор аноды создавались на базе относительно тяжёлых металлов, а это сильно снижало ёмкость по отношению к весу аккумуляторов.

Для решения этой проблемы корейские учёные разработали гибридную пористую структуру с использованием поливинилового спирта — лёгкого полимера с высокой транспортной способностью по отношению к ионам лития. В сочетании с полимером использованы одностенные углеродные нанотрубки и наноуглеродные сферы, что сделало материал чрезвычайно пористым. Предложенная структура оказалась более чем в пять раз легче анодов с использованием меди. Более того, она обеспечила высочайшую мобильность ионов лития и равномерное их распределение без «мёртвых зон».

В ходе экспериментов литий-металлические анодные батареи, включающие инновационную трёхмерную структуру, продемонстрировали высокую стабильность после более чем 200 циклов зарядки-разрядки и достигли высокой плотности энергии 344 Вт·ч/кг. Прототипы батарей были созданы в виде «мешочков» — типичного формфактора для набора тяговых автомобильных аккумуляторов, что тонко намекает на сферу потенциального использования разработки.