Учёные из Китая создали уникальные аккумуляторы

Алюминий-ионные аккумуляторы были изобретены более 30 лет назад и подавали большие надежды в связи с высокой степенью безопасности и экологичностью. К сожалению, долгое время их разработка оставалась в зачаточном состоянии из-за ряда очень серьёзных ограничений в работе, в частности, недолговечности вследствие крайне малого количества циклов перезарядки.

Только в 2015 году команде из Стэнфордского университета (США) удалось совершить серьёзный прорыв, доведя этот показатель до семи с половиной тысяч циклов. (По этому показателю литий-ионные батареи оказались далеко позади.) При этом зарядка гибких аккумуляторов занимала всего лишь минуту. Но, победить такие недостатки, как низкое выходное напряжение и энергоёмкость в тот раз так и не удалось. В качестве материала катода американцы использовали объёмную графитовую пену.

На этот раз китайские инженеры из Чжэцзянского университета во главе с профессором Гао Чао (Gao Chao) также обратились к углероду, создавая катод для своей инновационной алюминий-ионной батареи, но использовали не графит, а графеновые плёнки. И, судя по результатам их исследований, которые были опубликованы в издании Science Advances, они явно не прогадали. В статье говорится о том, что новая батарея выдерживает более 250 тысяч циклов перезарядки при сохранении 91% мощности.

Графен является хорошим проводником электрической и тепловой энергии, он чрезвычайно лёгкий, гибкий и химически инертный, то есть не вступает в химические реакции. Этот материал обладает большой площадью поверхности и считается экологически чистым. Словом, возможности использования графена чрезвычайно широки. В частности, с его помощью можно многократно увеличить ёмкость разнообразных батарей, а также существенно сократить время их зарядки.

В пресс-релизе университета авторы работы сообщают, что их безопасная невоспламеняющаяся гибкая батарея полностью заряжается в считанные секунды. При этом уточняется, что в режиме быстрой зарядки это происходит буквально за 1,1 секунды. Кроме того, батарея эффективно функционирует в очень широком диапазоне температур – от минус 40 до плюс 120 градусов Цельсия и, что очень важно, они не будут взрываться при соприкосновении с пламенем. Описанные достижения во многом стали возможны благодаря особому способу изготовления графенового катода. В ходе ряда манипуляций из графена, который обычно представляет собой «полотно», изготавливали сложную трёхмерную пористую структуру.

И всё же, несмотря на огромный скачок в развитии, алюминий-ионная батарея пока не может конкурировать с коммерчески успешными литий-ионными собратьями. Во-первых, не решена проблема компактности, то есть разумного соотношения возможного количества хранимой энергии по отношению к размеру аккумулятора. Во-вторых, потенциальная стоимость такой батареи всё ещё слишком высока из-за используемого электролита, которому необходимо найти более дешёвую замену.