Современные аккумуляторы быстро заряжаются, но обладают небольшой энергетической емкостью. Если же аккумулятор обладает большой энергоемкостью, то его приходится долго заряжать. Ученые из Иллинойского университета разработали новые трехмерные нанокомпозитные материалы для катодов никель-металлогидридных и литий-ионных аккумуляторов и продемонстрировали, что их использование ускоряет перезарядку в 10–100 раз без уменьшения электроемкости аккумулятора.

Изготовление нового катода проходит в несколько этапов. Наноразмерные шарики из полистирола покрывают пленкой из синтетического опала. На него методами электроосаждения напыляют частицы никеля. После удаления матрицы остается никелевая структура с крупными полостями, которые соединяются тонкими каналами в местах контакта полистироловых шариков.

Пористость материала составила 94 %; ученые отмечают, что они почти достигли теоретически возможного предела, 96.4 %.

На никелевую пористую структуру осаждали электролитически активное вещество – NiOOH в случае никель-металлогидридного аккумулятора и MnO₂ – для литий-ионного. Полученный композит обладает высокой электропроводимостью и существенно повышает производительность аккумулятора. Эксперименты показали, что новые аккумуляторы могут как накапливать, так и отдавать энергию значительно быстрее, чем используемые сегодня аналоги. Авторы поясняют, что применяемые сегодня никель-металлогидридные аккумуляторы устроены по сходному принципу, но размер пор у них на один-три порядка больше, перегородки между порами толще, и это негативно сказывается на электрических свойствах катода.

Аккумуляторы, способные к быстрой перезарядке, будут полезны в медицине и промышленности – для дефибрилляторов, лазеров и так далее. Самой перспективной областью применения новых аккумуляторов руководитель исследования Пол Браун считает электроавтомобили. Сегодня они все еще мало используются, потому что их аккумуляторы приходится заряжать часто и подолгу.

Источник:

Huigang Zhang, Xindi Yu & Paul V. Braun. Three-dimensional bicontinuous ultrafast -charge and -discharge bulk battery electrodes.  – Nature Nanotechnology. – 2011; doi:10.1038/nnano.2011.38.