Що спільного у вашого смартфона, ноутбука та сучасного електромобіля? Окрім очевидних переваг, їх об’єднує потенційна небезпека — літій-іонна батарея, яка може спалахнути від пошкодження чи перегріву. Здається, ця епоха добігає кінця. Вчені з Мексики створили акумулятор, якому байдуже на проколи, вогонь і навіть повне занурення у воду. Це не наукова фантастика, а нова реальність на основі цинку та повітря.
Нова батарея: не боїться вогню, води та цвяхівВчені з мексиканського Центру досліджень перспективних матеріалів (CIMAV) на чолі з доктором Ное Арджоною представили щось справді революційне — прототип цинково-повітряного акумулятора (ZAB), який з легкістю витримує екстремальні навантаження. Там, де звичайний літій-іонний акумулятор давно б перетворився на маленький факел або просто вийшов з ладу, ця розробка продовжує стабільно працювати. За словами самих дослідників, вони свідомо відмовилися від літієвих технологій саме через численні проблеми з безпекою, пов’язані з легкозаймистими електролітами.
Щоб не бути голослівними, розробники влаштували своєму дітищу справжні «тортури».
Прототип пробили великим цвяхом, намагалися підпалити пальником і повністю занурювали у ємність з водою. На подив, акумулятор не просто витримав усі знущання, а й залишився повністю робочим, продовжуючи віддавати енергію. Це демонструє безпрецедентний рівень надійності, який раніше здавався недосяжним для елементів живлення.
Окрім фізичної стійкості, батарея показала вражаючу ефективність за екстремальних температур. Її продуктивність не падала ні в умовах сильної спеки, ні під час лютого морозу. Як підкреслив доктор Арджона, їхня технологія вирішує величезну проблему, з якою стикаються, наприклад, власники електромобілів у холодних країнах, де звичайні батареї швидко втрачають заряд і погано заряджаються. Цей акумулятор не має таких слабкостей.
Як цинк та повітря замінять небезпечний літій?Секрет такої «невразливості» криється у продуманій конструкції та хімії. Замість дорогих та небезпечних літію та кобальту, в основі батареї лежить цинк та кисень, який вона буквально бере з навколишнього повітря. Всередині замість масивних металевих пластин використовується тонкий вуглецевий лист,
поверхня якого вкрита окремими атомами нікелю. Така структура дозволяє мінімізувати кількість металу, що не лише здешевлює виробництво, але й підвищує безпеку, адже багато металів є критично важливими та створюють додаткові ризики.
Аби переконатися, що їхня наноструктура працює як треба, вчені звернулися за допомогою до колег з Канади. Молекулярну структуру прототипу аналізували за допомогою синхротрона Canadian Light Source (CLS) — гігантського кільцевого прискорювача частинок. Цей пристрій генерує промені світла, в мільйон разів яскравіші за сонячні, що дозволяє «зазирнути» всередину матеріалу на атомному рівні. Потужне рентгенівське випромінювання підтвердило ідеально рівномірний розподіл атомів нікелю на вуглецевій поверхні, що і є ключем до високої ефективності.
Поєднання такої структури з гелеподібним полімерним електролітом (замість рідкого та горючого) і цинком дозволило повністю усунути ризики займання. Дослідники бачать величезний потенціал у своїй розробці: від електромобілів та аерокосмічної галузі до автономних датчиків у віддалених місцях. Команда вже працює над тим, щоб зробити акумулятор ще більш екологічним, розглядаючи можливість інтеграції біорозкладних компонентів.
Звісно, не варто очікувати, що вже завтра такі акумулятори з’являться у вашому новому смартфоні. Доктор Арджона зазначає, що для заміни існуючих технологій потрібні додаткові дослідження та вдосконалення. Ключем до масового впровадження таких безпечних систем зберігання енергії є подальший розвиток одноатомних каталізаторів. Проте цей винахід — це впевнений крок до майбутнього, де батареї будуть не лише потужними та ємними, а й абсолютно безпечними.
