Всего через несколько лет зарядка телефона будет занимать секунды. Не верите? Да, это звучит фантастично, и если вдуматься, то человечество стоит на пороге новой технической революции – ученые придумали сверхскоростной способ зарядки аккумуляторов. Это означает, что уже не за горами время, когда электромобили станут привычным транспортом. Привычка каждую ночь ставить на зарядку телефон и mp3-плеер может уйти в прошлое уже через 2–3 года, а гибридные автомобили должны стать намного эффективнее. Зарядить телефон по полной можно будет за несколько секунд. Правда, потреблять энергию во время зарядки он будет с мощностью электрического чайника, а ток, который при этом пойдёт из розетки, потребует провода в палец толщиной.
.
Профессор американского Массачусетского технологического института бельгиец Жербран Седер и его южнокорейский аспирант Кан Бён У разработали способ обработки электродов, который на несколько порядков повышает скорость зарядки литий-ионных аккумуляторов и высвобождения из них энергии.
По словам авторов новой технологии, описание которой опубликовано в последнем номере Nature, её применение требует лишь незначительной модификации технологического процесса изготовления батарей, а значит, её реализация должна быть очень скорой. По оценкам Седера – два–три года.
Что же ограничивает скорость зарядки и разрядки обычного аккумулятора? Дело в том, что подвижность ионов лития Li+ в электроде батареи оставляет желать лучшего. Один из лучших материалов для электрода, который широко используется в наши дни, – литий-железа фосфат LiFePO4. Он позволяет, как быстро принять ионы при зарядке, так и высвободить их во время работы аккумулятора. Однако недостаточно быстро.
Теперь специалисты из MIT наконец решили проблему кардинальным образом. По их собственным словам, они окружили каждую из наночастиц своего рода молекулярным «конвейером», который без конца мотает ионы Li+ вокруг кристаллов LiFePO4, и стоит иону оказаться у нужной кристаллической поверхности, как он тут же проваливается внутрь.
Этот «конвейер» – стеклообразный пирофосфат лития Li4P2O7, который слоем толщиной всего около 5 нм покрывает поверхность наночастиц литий-железа фосфата. Стеклообразный, конечно, не в том смысле, что из него можно делать линзы и пивные кружки, а в том, что это вещество не образует чёткой кристаллической структуры. В таком стеклянном контейнере ионы лития приобретают превосходную подвижность и очень быстро оказываются над нужной гранью LiFePO4.
Элементы питания, созданные с помощью таких наночастиц со стеклянным покрытием, оказались способны хранить электроэнергию настолько хорошо, насколько позволяет теория, с удельной ёмкостью около 166 мА•ч на грамм материала. Иначе говоря, стандартный телефонный аккумулятор ёмкостью 1,5 тысячи мА•ч должен весить меньше 10 граммов.
Но главное – новые аккумуляторы почти не теряют своих способностей при сверхвысокой скорости зарядки и разрядки.
Даже в безумном по современным представлениям режиме 400 циклов в час, при котором полный заряд и разряд занимают всего 9 секунд, аккумулятор Седера и Кана способен хранить более 60 мА•ч на грамм своего веса. При этом новые батареи не теряют чудесных способностей при многократных циклах разрядки/зарядки, не портятся от пере- и недозарядки, а по своей термической стабильности даже лучше тех, что в ходу сегодня. Так что никаких взрывающихся и перегревающихся батарей в ноутбуках не предвидится.
Правда, у новой технологии есть одно слабое место – ни зарядные устройства, ни обычная квартирная проводка просто не рассчитаны на токи, которые потребуются новым батареям.
Зарядка аккумулятора на 1500 мА•ч за 9 секунд требует тока в 600А. Чтобы проводить ток в 600 ампер, нужен толстый провод, никак не похожий на тонкие жилки современных зарядных устройств. Поскольку зарядка идёт при напряжении около 4 В, то в течение 9 секунд ваш телефон будет потреблять 2,4 кВт электроэнергии. Это мощность хорошего электрического чайника – задача не для тонкого провода.
Но если мощность чайника сеть в большинстве случаев ещё выдержит, то попытка быстро подзарядить аккумулятор для ноутбука на 6000 мА•ч при напряжении 15 В выльется в потребление 36 кВт электроэнергии и, скорее всего, оставит без света весь ваш дом. О подзарядке аккумуляторов для автомобилей, тем более гибридных, лучше и не заикаться.
Тем не менее никто не заставляет испытывать пределы новой технологии быстрой зарядки. Большинство из нас, скорее всего, удовлетворит и менее экстремальный режим. Ну а о проводке пусть болит голова у тех, кому нужна максимальная мощность. Об аккумуляторах за них подумали Жербран Седер и Кан Бён У.
