В полтора раза ускорить зарядку и в пять раз увеличить ёмкость современных аккумуляторов позволит материал, смоделированный учёными СГУ. Согласно предварительным данным, батарея с таким материалом не будет терять свои свойства при низких и высоких температурах, что позволит создавать более совершенные системы питания смартфонов, ноутбуков и электромобилей.
Накопление и «расходование» заряда в современном аккумуляторе – два противоположных процесса, которые связаны с направлением движения заряженных частиц (ионов лития Li⁺) внутри батареи. Поэтому скорость зарядки зависит от «легкости транзита» этих частиц между электродами, а емкость аккумулятора – от того, сколько ионов лития один из электродов может «накопить».
«Накопителями» чаще всего выступают материалы, которые имеют высокую ёмкость, но уязвимы при слишком низких или слишком высоких температурах. Кроме того, эти электродные материалы на основе оксида кобальта с литием (LiCoO₂) теряют свои свойства при частой зарядке и разрядке – поэтому некоторые смартфоны «вздуваются» и начинают быстро садиться через несколько лет использования.
Учёные Саратовского университета предложили улучшить материал «накопительного» электрода с помощью графена – углеродного материала, который можно «растянуть» в слой толщиной в один атом. С помощью компьютерного моделирования специалисты выяснили, что чередование слоев графена и LiCoO₂ позволяет получить более совершенный материал для батареек.
Оказалось, что структура, в которой оксида кобальта с литием по массе было в восемь раз больше, чем графена, обеспечивает наилучшее перемещение ионов – в 1,6 раза быстрее, чем в чистом оксиде кобальта с литием. На зарядку такого аккумулятора будет уходить гораздо меньше времени. Кроме того, ёмкость этого материала повысилась более чем в пять раз, и она не падала даже при охлаждении до −40 °C и нагреве до +80 °C.
Реальные свойства этого материала ещё предстоит оценить. Перед этими экспериментами учёные планируют провести расчёты процессов, происходящих при отсоединении частиц Li⁺ от электрода, и рассчитать их влияние на свойства нового материала, рассказал доцент кафедры радиотехники и электродинамики СГУ Владислав Шунаев.
