Физика

Ученые из Стэнфорда выяснили, как аккумуляторы работают на наноуровне

Группа ученых из Стэнфордского университета выявила принципы работы перезаряжаемых аккумуляторов, а также открыла эффект, за счет которого снижается эффективность батарей. В статье, опубликованной в журнале Science, описываются электрохимические реакции, обеспечивающие энергией самые распространенные на сегодняшний день – литий-ионные аккумуляторы.

Источники питания, которые заряжаются быстро и служат долго, являются заветной мечтой инженеров. Однако и после десятилетий исследований и открытий полного понимания того, как работают батареи на наноуровне, достигнуто не было. Сфокусировав внимание на основном «кирпичике» батареи — крохотной частице в сто раз меньше человеческого волоса — исследователи под руководством Уильяма Чуе, профессора материаловедения и инженерии из Стэнфорда, изучили процессы, протекающие в батарее, когда она получает и отдает энергию.

В основе действия литий-ионных аккумуляторов лежит простая химическая реакция. Когда батарея разряжается, позитивно заряженный ион лития попадает в решетчатую структуру электрода, получая негативно зараженный электрон. Во время зарядки аккумулятора реакция происходит в обратном направлении: ионы высвобождаются, теряя электроны. Загвоздка состоит в том, что обычно ионы встраиваются в кристаллическую решетку неравномерно, из-за чего некоторые ее области оказываются перегружены. Это напряжение снижает эффективность батареи и уменьшает срок службы. Как надеются ученые, нейтрализация этого пагубного для аккумулятора эффекта может привести к созданию батарей, которые будут быстрее заряжаться и работать дольше, чем современные модели.