Учёные создали аккумулятор для телефона с зарядкой за три минуты и ресурсом на 60 000 циклов
Исследователи из Университета Флиндерса в Австралии разработали водно-цинково-йодную батарею, способную выдерживать до 60 000 циклов зарядки. Кроме того, аккумулятор можно полностью зарядить всего за три минуты.
Учёные считают, что в будущем такая технология сможет стать альтернативой литий-ионным батареям, однако появление подобных элементов в смартфонах пока маловероятно.
Ключевую роль играет крахмал
В основе новой разработки лежит цинк-йодная химия. Подобные аккумуляторы исследуют уже более 20 лет, однако австралийским специалистам удалось повысить их стабильность с помощью недорогого полимера на основе органического циклодекстрина.
Циклодекстрин получают из крахмала. Это соединение широко применяется в пищевой промышленности, косметике и фармацевтике. В новой батарее оно выполняет роль материала-носителя, способного захватывать и высвобождать полииодиды — заряженные частицы, участвующие в электрохимических реакциях.
По словам профессора химии Университета Флиндерса Чжунфаня Цзя, такой подход помогает предотвратить нежелательный «челночный» перенос полииодидов и делает батарею более долговечной.
До 60 000 циклов зарядки
Испытания показали, что новая батарея может работать в нескольких режимах. При ёмкости 205 мАч/г она выдерживает около 8000 циклов и полностью заряжается за семь минут. При снижении ёмкости до 150 мАч/г ресурс увеличивается до 60 000 циклов, а время зарядки сокращается до трёх минут.
В научной работе, опубликованной в журнале Angewandte Chemie International Edition, также отмечается крайне низкая потеря ёмкости — от 0,0001 до 0,0003% за цикл в зависимости от режима работы.
Для сравнения, аккумулятор современного складного смартфона Galaxy Z Fold рассчитан примерно на 1200 циклов. При ежедневной зарядке этого достаточно примерно на три года. Теоретические 60 000 циклов новой батареи соответствуют более чем 160 годам ежедневного использования, хотя в реальных устройствах итоговый срок службы будет зависеть от множества других факторов.
Водная основа делает аккумулятор безопаснее
Ещё одно преимущество разработки — повышенная пожаробезопасность. В отличие от традиционных литий-ионных элементов, водно-цинково-йодные батареи не используют легковоспламеняющийся органический электролит. Поэтому риск теплового разгона и самопроизвольного возгорания значительно ниже.
Кроме того, цинк и йод считаются более доступными и экологичными материалами по сравнению с некоторыми компонентами литий-ионных аккумуляторов. Это может снизить стоимость производства и упростить переработку батарей.
Почему такой аккумулятор пока не появится в смартфонах
Несмотря на впечатляющие показатели, новая технология пока не готова для смартфонов. Главный недостаток водно-цинково-йодных батарей — более низкая объёмная плотность энергии по сравнению с литий-ионными аккумуляторами.
Иными словами, для хранения того же количества энергии такой элемент должен быть значительно крупнее. Для компактного смартфона, где каждый миллиметр имеет значение, это серьёзное ограничение.
Кроме того, водно-цинково-йодные батареи работают при напряжении около 1,3–1,4 В. У стандартных литий-ионных и кремний-углеродных аккумуляторов этот показатель составляет примерно 3,7 В. Поэтому простая замена батареи в существующем смартфоне невозможна: потребовалась бы переработка всей системы питания устройства.
Основная сфера применения — крупные накопители энергии
Профессор Чжунфань Цзя считает, что первым направлением для новой технологии станут стационарные системы хранения энергии. Такие аккумуляторы могут использоваться в промышленных накопителях, на объектах возобновляемой энергетики и в домашних системах, связанных с солнечными панелями.
В подобных проектах большой размер батареи не является критичным недостатком, зато особенно важны безопасность, низкая стоимость и возможность выдерживать десятки тысяч циклов.
Исследовательская группа уже сотрудничает с промышленными предприятиями и работает над созданием прототипов новой аккумуляторной системы.
Есть ли шанс на смартфоны, которые заряжаются за три минуты?
В ближайшее время ждать iPhone или Galaxy с водно-цинковым аккумулятором не стоит. Технологии ещё предстоит пройти этап масштабирования, оптимизации и проверки в реальных условиях.
Тем не менее разработка Университета Флиндерса показывает, что альтернативы литий-ионным батареям существуют. Если инженерам удастся увеличить плотность энергии и уменьшить размеры элементов, в будущем могут появиться устройства, способные заряжаться за несколько минут и сохранять работоспособность в течение десятилетий.
