×
Нанобатареи: как соединить правильно?

Американские ученые из Университета Мэриленд сконструировали батарейку, состоящую из огромного числа нанобатарей, соединенных параллельно. Последние содержат все необходимые элементы обычной батарейки, но благодаря своему размеру относятся к нанообъектам. Результаты своих достижений ученые опубликовали в nature.com.

 

Ученые разрабатывают новые химические источники тока с помощью наночастиц уже не один десяток лет. У наноэлектрода большая площадь поверхности и маленькое время переноса ионов. Поэтому теоретически электрическая емкость и время жизни у нанобатарей должны быть выше, чем у существующих сегодня батарей. Но как соединить нанобатареи между собой? Если использовать тоководы из проволоки, то не удается сохранить все преимущества нанобатарей из-за пространственных затруднений. 3D-структура получается очень сложной.


Когда ученые попробовали соединить нанобатареи с помощью жидкого электролита, то «проиграли» в электрической емкости. Да и плотность тока оказывалась неровной, поскольку градиент концентрации ионов в электролите не был равномерным. Тем не менее ученым из Мэриленда удалось преодолеть эти трудности. Они создали батарею, в которой нанобатареи соединены более эффективно.


Новая батарея состоит из параллельных массивов нанобатарей, каждая из которых содержит катод, анод и жидкий электролит. Заметим, что все эти элементы являются одним целым объектом, по размерам относящимся к классу наноструктур. Жидкий электролит  заключен в нанопору из анодированного оксида алюминия. С двух концов нанопора покрыта окcидом ванадия (V2O5), причем на одном конце использован химически модифицированный V2O5. Оба оксида служат электродами, катодом и анодом соответственно.


Новая батарея показала удельную электрическую емкость порядка 80 мАчас/г, что немного ниже, чем у литиевых батарей. Любопытными оказались параметры батареи при изменении температуры. Так, устройство сохраняло 95 % емкости при 5 °С по отношению к 1 °С и 46 % емкости при 150 °С, причем количество  жизненных циклов при этом составило 1000. Таким образом, ученые показали, что нанобатареи, соединенные между собой надлежащим образом, могут помочь в создании батарей с лучшими характеристиками, чем у существующих сегодня. Теперь остается только один вопрос. Как скоро мы увидим элементы питания из нанобатарей в смартфонах, планшетах и носимых гаджетах?


Автор: Геннадий Хворых
Источник фотографий: arstechnica.com