Новые Li-Ion батареи заряжаются до 70 процентов за 2 минуты и служат 20 лет

Тема аккумуляторов и батарей не отпускает. Еще не успел «остыть» пост про самый быстрозаряжаемый аккумулятор — Pronto, как ученые из Сингапура выкатили настоящую революцию.

Команда исследователей из Наньянского Технологического Университета (NTU Сингапур) разработала новую батарею, которую можно заряжать до 70 процентов всего за 2 минуты. А срок службы батарей составляет более 20 лет.

Этот прорыв имеет далеко идущие последствия, особенно в области электромобилей (если лень читать дальше, на этом моменте уже можно покупать акции Tesla), которые страдают от длительного времени перезарядки (более 4х часов) и ограниченным сроком службы батарей. Разработанное поколение литий-ионных батарей позволит электрическим транспортным средствам, перезаряжаться в 20 раз быстрее, чем современные батареи. Частая замена батарей также останется в прошлом. Новая батарея будет в состоянии выдержать более 10 000 циклов зарядки — 20 раз больше, чем 500 циклов сегодняшних батарей.

Ответ на вопрос «Как это возможно?» — в форме наноструктур.

Сингапурские ученые заменили традиционный графит, используемый для анода (отрицательный полюс) в литий-ионных батареях на гель изготовленный из диоксида титана (этот материал крайне распространен и используется, например, в солнцезащитных кремах, чтобы поглотить ультрафиолетовые лучи).

Обычно диоксид титана находится в сферической форме, но ученые из Сингапура разработали простой метод, позволяющий придать частицам диоксида титана и форму крошечных нанотрубок, которые в тысячу раз тоньше диаметра человеческого волоса. Форма наноструктур ответственна за скорость химических реакций, происходящих в новой батареи.

Открытие влияния формы наноструктуру на скорость химических реакций принадлежит доценту NTU Singapore, Чэню Сяодуну (Chen Xiaodong). Чтобы достигнуть прорыва, команде из четырех ученых во главе с профессором Чэнем понадобилось 3 года. Профессор Рашид Язами (Rachid Yazami), который был одним из изобретателей литий-графитового анода 34 года назад, что используется в большинстве литий-ионных батарей сегодня, обозначил изобретение профессора Чэня как следующий большой скачок в технологии батарей.

«Стоимость литий-ионных батарей значительно снизилась и производительность улучшилась с того момента, как Sony коммерциализировала эту технологию в 1991 году, рынок быстро расширяется в сторону новых применений в электрической мобильности и хранении энергии,» говорит профессор Язами.

«Еще есть пространство для совершенствования технологии и одной из ключевых областей является плотность мощности — сколько энергии может храниться в определенном количестве пространства, что непосредственно относится к способности быстрой зарядки. В идеале, время зарядки батарей в электромобилях должно быть меньше, чем 15 минут, и наноструктурированные аноды профессора Чэня доказали, что это возможно».

Коммерциализация технологии

Следующим шагом для исследовательской группы профессора Чэня будет заявка на грант для доказательства правильности концепции гранта путем создания полноценного прототипа батареи. Запатентованная технология уже привлекла интерес со стороны промышленности.

В настоящий момент технология изготовления батарей лицензируется и Чэнь ожидает, что новое поколение быстрозаряжаемых батарей выйдет на массовый рынок в течение двух лет. «С нашей нанотехнологией, электромобили смогут значительно увеличить запас хода после всего пяти минут зарядки, что сопоставимо со временем, требуемым для дозаправки бензиновых автомобилей», — добавил профессор Чэнь. «Не менее важно, мы можем теперь резко сократить объем отходов, возникающий из-за утилизированных батарей, так как наши батареи прослужат в десятки раз дольше, чем нынешнее поколение литий-ионных батарей.»

Длительный срок службы новой батареи также означает, что водители смогут сэкономить на замене батареи, которая составляет сейчас около $ 5000 USD.

Производство

Литий-ионные батареи, как правило, используют добавки для связывания электродов с анодом, который влияет на скорость, с которой электроны и ионы могут передавать в и из батарей. Тем не менее, новые электроды, связанные гелем в виде нанотрубок на основе диоксида титана, команды профессора Чэня устраняют необходимость в этих добавках и позволяют упаковать больше энергии в том же объеме пространства.

«Производство этого нанотрубчатого геля сравнительно легко,» — добавил профессор Чэнь. «Диоксид титана и гидроксид натрия смешивают и перемешивают при определенной температуре. Производители батарей будет легко интегрировать наш новый гель в их текущие производственные процессы.»

Ждем 2016 года, когда должны появиться первые коммерческие образцы новых аккумуляторов.

Если у вас есть такая возможность, бегите покупать акции Tesla. Они первыми получат преимущество от использования новых батарей.