Легче пушинки: инженеры создали первый в истории сверхмощный микроаккумулятор

Американские инженеры создали микробатарею нового типа, которая достаточно долго может хранить энергию за счет модернизированного корпуса.

О таком изобретении пишет издание New Atlas.

Одна из передовых идей в современной науке — использовать структурные элементы для хранения дополнительной энергии. Такой подход уже применяют для снижения веса электромобилей и военного снаряжения, однако сотрудникам Университета Пенсильвании в США удалось увеличить емкость очень легких батарей, которые могут нести даже насекомые. В будущем такие источники энергии смогут питать мобильные устройства.

Чтобы аккумуляторы служили долго, их необходимо защитить от воды, кислорода и внешних повреждений при помощи так называемого "кожуха", а это неизменно приводит к увеличению веса. Как правило, микробатареи состоят из ультратонких электродов, обеспечивающих быстрый перенос электронов и ионов, но их размер ограничивает доступную емкость. Ученые пересмотрели дизайн и нашли альтернативу.

Катод — один из двух электродов батареи, состоящий из маленьких частиц, которые сжимаются вместе и образовывают пористую структуру с воздушными зазорами, влияющую на скорость движения ионов. Исследователи разработали более плотный катодный материал, подходящий для внедрения в тонкую металлическую фольгу, заменяющую кожух.

"По сути, мы сделали токоприемники, которые выполняют двойную функцию. Они действуют как проводник электронов и как упаковка, предотвращающая попадание воды и кислорода в батарею", — объяснил руководитель исследования Джеймс Пикул.

              Насекомое способно перенести микробатарею

Как утверждают авторы, такая конструкция также выравнивает "атомные магистрали" катода, что позволяет ионам лития быстро и без помех поступать в устройство через катод. Поскольку ионы проходят через катод намного эффективнее, батарею можно сделать толще, сохранив новые характеристики, что, в свою очередь, удваивает доступный объем для хранения энергии.

В итоге, новая технология позволяет создать микробатарею с плотностью энергии в четыре раза выше, чем у других современных конструкций. Она весит, как два рисовых зернышка, но при этом обладает энергией и удельной мощностью, в 100 раз превышающими ее размер. Никогда ранее никому не удавалось добиться таких высоких показателей.

Создатели предлагают применять такие батареи в миниатюрных летающих роботах, носимых устройствах, имплантатах и беспроводных устройствах Интернета вещей.

Ученые пока продолжают работать над химическим и физическим составом, чтобы улучшить характеристики.