Зарядить электромобиль за 10 минут.

«Наша батарея позволит электромобилю проехать около 320-480 км после всего десяти минут зарядки. И мы можем поддерживать подобные темпы работы на протяжении 2,5 тысяч циклов заряда и разряда, что эквивалентно пробегу примерно в 800 тысяч км», — рассказал один из авторов работы Чао-Ян Ван из Пенсильванского университета.

Современные аккумуляторы состоят из трех частей — катода, анода и электролита. Первый играет роль положительного полюса и источника энергии, второй — отрицательного полюса и «изымателя» тока, а электролит позволяет носителям заряда путешествовать между катодом и анодом. Мощность аккумуляторов напрямую зависит от состава катода, а их долговечность — от того, как сильно разрушается материал электролита и катода при циклах разряда-заряда.

От конструкции всех компонентов батареи зависит и то, насколько они опасны для человека. К примеру, многие типы современных литий-ионных аккумуляторов взрываются из-за того, что при перегреве внутри них начинают возникать короткие замыкания. Они еще больше нагревают аккумулятор, испаряют электролит, превращая его в пузырьки горячего газа, что в конечном итоге приводит к расплавлению всего аккумулятора и взрыву. Подобные опасения, как отмечает Чао-Ян Ван, мешают создавать действительно дешевые и удобные электромобили, так как процесс их «заправки» занимает несколько часов.

Союз никеля и лития

Авторы статьи нашли остроумное решение для этой проблемы, изучив то, что происходит внутри разогретой батареи во время ее зарядки и разрядки. Они выяснили, что большей части негативных эффектов можно избежать, если соединить один из электродов с тонкой пленкой из никеля, которая равномерно прогревает батарею. Если заряжать аккумулятор относительно недолго, около 10-20 минут, а затем быстро охладить, то его компоненты не будут разрушаться.

Руководствуясь этой идеей, американские исследователи собрали таким образом несколько экспериментальных аккумуляторов, зарядили их и проследили за тем, возникают ли внутри них так называемые «усы». Так ученые называют тонкие нити и пластины из чистого металлического лития, из-за которых возникают короткие замыкания. Они становятся причиной того, что аккумуляторы разогреваются и взрываются.

Как показали эти опыты, литиевые «усы» действительно не формируются, даже если батарея при зарядке успевает нагреться до 60 градусов Цельсия. При этом она выдерживает почти две тысячи циклов заряда-разряда, тогда как обычный аккумулятор, через который пропускают ток аналогичной силы, выходит из строя примерно через 60 циклов.

Что самое важное, модификация батареи увеличила ее стоимость всего на 0,46% за счет добавления никеля. Это, как надеются ученые, позволит их изобретению быстро проникнуть в промышленность и помочь электромобилям стать более привлекательными для потребителей.