Ученые Стэндфордского университета заявили о создании нового типа аккумуляторов, которые могут в ближайшем будущем заменить в смартфонах принятые за стандарт литий-ионные. Это батареи на основе алюминия. Не сказать, чтобы идея использовать алюминий в аккумуляторах была новой: работы над этим ведутся уже довольно давно. Серый металл прост и дешев в производстве, а также прочен и относительно безопасен. По крайней мере, его гораздо сложнее поджечь, чем литий.
На основе алюминия производятся, например, некоторые промышленные аккумуляторы открытого типа, так называемые воздушно-алюминиевые, в которых в качестве электролита используется обычный водяной раствор поваренной соли, и в химической реакции, в результате которой вырабатывается электричество, используется воздух.
Но для смартфонов это не подходит из-за размеров: в миниатюрном исполнении такой аккумулятор выдает слишком малое напряжение. Бесперебойный подвод воздуха, например, внутрь смартфона, тоже проблематичен.
Группе ученых из Стэнфорда — кстати, выходцам из Китая, — удалось эту проблему решить. Они применили в качестве катода — то есть положительного элемента — пластины из графита. Воздух стал не нужен, по крайней мере, аккумуляторы выглядят как плотно запаянные со всех сторон пакетики. А напряжение в алюминиевой батарее сразу подскочило до двух вольт, что уже вполне пригодно для питания, скажем, смартфона. Последовательное подключение двух аккумуляторов позволяет получить вольтаж, примерно равный стандартной литий-ионной емкости.
Дальнейшие тесты выявили другие достоинства алюминиево-графитной батареи. Во-первых, это полная зарядка за одну минуту. Поскольку алюминиевые аккумуляторы не боятся перегрева, их можно заряжать большим током без опасения получить пожар, как это порой бывало с литий-ионными батареями. Сейчас металлический литий в них уже не применяют, поэтому загореться от чрезмерной зарядки они больше не могут. Однако от перегрева поверхность катода все равно деформируется, и батарея попросту выйдет из строя. Но при физическом повреждении риск воспламенения остается. С алюминием и графитом, как уверяют создатели, такого не происходит. В демонстрационном ролике стэндфордский аккумулятор не загорается, даже если его протыкают насквозь. "Если вы просверлите в ней дыру, она будет работать, пока не вытечет весь электролит. Так что это очень безопасная батарея", — уверяют разработчики.
Еще одно преимущество напрямую происходит от предыдущего. В литий-ионные батареи для защиты от перегрева встраивается плата, которая контролирует ток зарядки. В алюминиевых эта плата не нужна. То есть они не только компактные, но и гибкие. Сетка из тонких алюминиевых нитей, пористый гибкий графит и жидкий электролит на основе поваренной соли — все это в небольшом пакетике. Ему можно придавать практически любую форму, даже сгибать.
Еще ученые Стэнфорда заявляют, что их батарея практически не стареет. Литий-ионные аккумуляторы, например, теряют емкость, даже если просто лежат на складе. А если они постоянно заряжаются и разряжаются, да еще и короткими циклами, — скорость деградации увеличивается в несколько раз. Литий-ионный аккумулятор "умирает" в среднем за одну тысячу циклов.
Алюминиевая батарея, как утверждают в Стэнфорде, прошла семь с половиной тысяч циклов разрядки и зарядки вообще без потери свойств. При этом израильские ученые, которые в позапрошлом году проводили эксперименты с алюминиево-воздушными аккумуляторами, писали, что пластины алюминия требуют частой замены, так как быстро корродируют. Возможно, стэндфордская батарея живет дольше, так как в ней алюминий не контактирует с воздухом. Но соляной раствор там все равно есть, в этом и создатели признаются. А те же израильские ученые писали о том, что его необходимо довольно часто менять, так как он тоже теряет свои свойства.
Впрочем, сами ученые так и говорят: их разработка — это лишь ранний, сырой образец чего-то нового.
