Ученые усовершенствовали никель-железную батарею, изобретенную Томасом Эдисоном более ста лет назад, ускорив ее работу в тысячу раз при помощи графена и углеродных нанотрубок – теперь источник питания заряжается за две минуты и разряжается за 30 секунд, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

«Батарея Эдисона очень долговечна, но у нее есть несколько существенных недостатков. Такие устройства заряжаются в течение многих часов, и разряжаются примерно так же медленно. Мы ее сделали действительно быстрой, ускорив скорость заряда и разряда примерно в тысячу раз. Я надеюсь, что это "воскресит» данный тип аккумуляторов", – заявил руководитель группы Хун-цзе Дай (Hongjie Dai) из Стэнфордского университета (США).

Дай и его коллеги изучали, как меняются электрохимические свойства никель-железных аккумуляторов при добавлении в их состав различных веществ, ускоряющих миграцию электронов внутри источника питания.

В качестве таких материалов физики избрали многослойные углеродные нанотрубки и графен – по сути, плоские и цилиндрические решетки из атомов углерода, великолепно проводящие электрический ток. Ученые использовали листы графена и скопления нанотрубок в качестве основы, на которой выращивались кристаллы двух рабочих компонентов батареи – оксида железа и гидроксида никеля.

«При изготовлении обычных электродов инженеры обычно смешивают углеродные материалы с железом и никелем. В нашем случае, соединение частиц никеля и железа с углеродными материалами позволило электрическому заряду двигаться гораздо быстрее между электродами внутри батареи и вне ее. Это сделало процесс зарядки аккумулятора практически мгновенным», – добавил другой участник исследования Хайлян Ван (Hailiang Wang) из Стэнфордского университета.

Ученые собрали рабочий прототип батареи на основе этой технологии и испытали его в деле, вставив источник питания в обычный карманный фонарик.

По словам исследователей, небольшой источник питания поддерживал свет фонарика в течение 30 секунд до полной разрядки и был готов к повторному использованию после двух минут зарядки.

«Эта технология безусловно поддается масштабированию. Никель, железо и углерод – относительно дешевые материалы. Электролит – смесь воды и щелочи – также дешевы и безопасны. Данная батарейка не взорвется и не уничтожит вашу машину», – продолжил Ван.

Как полагают исследователи, данные источники питания могут быть использованы для военных целей или в качестве вспомогательных аккумуляторов в автомобилях – быстрые разрядка и зарядка никель-железных батарей помогут ускорить движение при акселерации и запасти больше энергии при торможении.

Тем не менее, для реализации этих планов ученым предстоит решить ключевую проблему – быструю потерю емкости при циклах заряда и разряда. По расчетам ученых,

их устройство теряет до 20% емкости после 800 циклов, чего явно недостаточно для использования подобных аккумуляторов в электромобилях и других устройствах.