Аноды современных литий-ионных батарей изготавливаются из графита. По многим показателям он справляется со своей задачей хорошо, но не может обеспечить быстрой зарядки без угрозы повреждения. В поисках замены графиту ученые обращаются к пористым материалам — у них больше контактная поверхность, а жидкий электролит обеспечивает более легкое растворение ионов в твердом электроде. В итоге устройство заряжается намного быстрее.
Но у этой технологии есть ограничения. Хаотичная структура каналов в пористых материалах может стать причиной разрушения структуры во время зарядки. Это приводит к снижению плотности и емкости батареи, а также ухудшает производительность аккумулятора с каждым циклом. Кроме того, производство пористых материалов требует сильнодействующих химических веществ и выделяет большое количество отходов, пишет New Atlas.
Специалисты из Университета Твенте полагают, что нашли подходящую альтернативу в лице ниобата никеля. В отличие от предшествующих кандидатов, структура этого кристалла «открытая и правильная», с идентичными, повторяющимися каналами для транспорта ионов.
Испытание прототипа показало, что такой элемент питания заряжается в 10 раз быстрее, чем современные литий-ионные батареи. Также было установлено, что ниобат никеля более компактный, чем графит и, поэтому, обладает большей плотностью энергии. Это значит, что коммерческие версии батареи могут быть легче и занимать меньше места.
У нового анода высокая удельная емкость — примерно 244 мА*ч/г-1 — а поскольку изменение объема внутри ниобата никеля минимально, после 20 000 циклов зарядки/разрядки производительность составила 81%.
По словам исследователей, результаты демонстрируют высокий потенциал хранения энергии с помощью анодов из ниобата никеля.
Американские ученые добились высокого уровня безопасности, долгого срока службы и значительной плотности энергии тверотельной батареи с анодом из кремния. В лабораторных условиях она сохранила 80% емкости после 500 циклов заряда/разряда.