Гибкие тонкие аккумуляторы на основе фторида никеля 07.05.2014

Джеймс Тур (James Tour) и его коллеги-учёные из Лаборатории Университета Райс разработали гибкий и сверхтонкий аккумулятор, состоящий из нанопористых никель-фторидовых электродов, которые слоями "окутывают" электролит. Представленная ими модель электрохимического конденсатора обладает толщиной, равной всего 0,025 см, однако в дальнейшем может быть легко отмасштабирована в зависимости от цели использования. Для этого будет необходимо или добавление новых слоёв или же увеличение их текущих размеров.

Во время тестирования студентами Университета Райс была проверена на практике работа гибкой батареи-пластины. Небольшое по своим размерам устройство успешно справилось с циклом из 10 тыс. зарядов и разрядов, в конечном итоге потеряв 24 % своей заявленной перед испытанием ёмкости. Аккумулятор также прошёл проверку на 1000 циклов изгиба. Конечно, столь тонкие аккумуляторные батареи пытались разработать и ранее, однако их ёмкость на момент появления оставляла желать лучшего, демонстрируя значительно худшие результаты в сравнении с классическими литий-ионными батареями.

"Использовавшиеся ранее материалы для создания батарей с большой ёмкостью были весьма хрупкими по своей природе, поэтому нам, как специалистам, оказалось по-настоящему трудно найти подходящую комбинацию элементов для создания именно гибкого аккумулятора с соответствующими всем современным стандартам характеристиками. В распоряжении Лаборатории имелись гибкие системы хранения заряда, выполненные на углеродных нанотрубках, однако нами был выбран именно фторид никеля как более перспективный материал с большим потенциалом. К тому же, если проводить аналогию с привычными литий-ионными батареями, то структура разработанного аккумулятора имеет достаточно простое строение и отвечает требованиям безопасной эксплуатации. Сама же система является как привычным для пользователей мобильных устройств аккумулятором, так одновременно и суперконденсатором.

Всё это даёт возможность заряжать и разряжать гибкую тонкоплёночную батарею на основе фторида никеля с достаточно высокой скоростью и при большом токе, затрачивая на это максимально короткий промежуток времени. Но если необходимо использовать батарею в качестве стандартного аккумулятора для мобильной электроники, то система способна заряжаться и разряжаться гораздо медленнее", - рассказал в интервью один из участников проекта.

Чтобы создать суперконденсатор, учёные нанесли на специальную подложку слой фторида никеля толщиной 900-нм со специальными 5-нм порами-отверстиями. После подложка была удалена, а применённый в конструкции в виде раствора гидроксида калия в поливиниловом спирту электролит был "зажат" в единую структуру пластинами-электродами с обеих сторон. В результате этого специалисты из Лаборатории сумели избежать появления потенциальных признаков деформации созданной гибкой структуры, а студенты на практике подтвердили предположение о надёжности разработки после завершённого этапа тестирования.

Всё описанное выше - это чрезвычайно надёжная, ёмкая система, которая в свою очередь является максимально простой, чтобы создать очень мощные аккумуляторные системы. Некоторые компании уже успели проявить интерес для дальнейшей коммерциализации проекта, приоритетным направлением которого может стать использование подобных нанобатарей в портативной электронике и набирающих популярность носимых гаджетах, вроде умных часов и медицинских браслетов.