Аккумулятор из медной пены для смартфонов

Портативные устройства сопровождают нас везде и всюду: разговоры по телефону, серфинг в интернете, навигация по GPS, съемка фотоаппаратом и многое другое. Однако ничего из этих благ нам недоступно, если батарея устройства разрядится. Сейчас экономика остро нуждается в дешевых, надежных и долговечных батареях.

Группа исследователей из Университета штата Колорадо близка к тому, чтобы создать прототип аккумулятора, который будет более экологически чистым и дешевым, в сравнении обычными батареями. Кроме того, новая батарея будет быстрее заряжаться и дольше работать.

По словам ученых, современные аккумуляторы имеют ряд проблем: высокая стоимость, ограниченная продолжительность работы, а также токсичные или коррозионные материалы, используемые в производстве. Но, по словам химика из Университета штата Колорадо Эми Прието (Amy Prieto), есть два основных вопроса, требующих немедленного решения: низкая плотность энергии и низкая плотность мощности.

Низкая плотность энергии означает, что обычные батареи смартфонов не могут содержать достаточно энергии, чтобы работать дольше 1-2 дней. А низкая плотность мощности означает, что аккумулятору для зарядки требуется несколько часов, а не несколько минут.

Группа ученых под руководством Прието пытается решить эти проблемы, подыскивая новые компоненты для аккумуляторов. В конце концов, исследователи применили пеномедь в качестве токоприемника на анодной стороне батареи. По словам ученых, пена – подходящая структура. Она объемная, увеличивает площадь поверхности электродов и притягивает их ближе друг к другу, что, в свою очередь, повышает плотность мощности батареи. Кроме того, сложные трехмерные структуры пены работают в качестве электрода более эффективно.

На верхней части медной пены с помощью гальванизации изготавливается анод из антимонида меди. В дальнейшем анод служит в качестве электрода для электрохимической реакции полимеризации, накапливающей твердый электролит. Наконец пространство внутри пены заполняется суспензией, которую высушивают для образования катода. Алюминиевая сетчатая структура собирает ток на катодной стороне.

Важно отметить, что группа исследователей из Университета штата Колорадо использует более дешевое гальваническое оборудование, в сравнении с тем, что используется при изготовлении обычных батарей. Прието говорит, что стоимость производства батарей из пеномеди будет примерно вдвое ниже стоимости производства обычных литий-ионных батарей. Группа также предполагает, что батареи из пеномеди будут при той же емкости на треть меньше литий-ионных. Зарядка будет происходить от 5 до 10 раз быстрее, а время работы вырастет примерно в 10 раз в сравнении с привычными аккумуляторами.

Новый аккумулятор также будет экологически чистым и безопасным. Твердый электролит снижает риск возникновения пожара. Кроме того, команда использовала нетоксичные вещества для производства батарей.

Команда ученых успешно создала 2D-батарею на медной пластине, а сейчас исследователи находятся в процессе интеграции всех компонентов в трехмерный прототип аккумулятора. Для первого тестирования будут использованы электрические велосипеды и портативная электроника.