Зарядка за 12 минут
Быстрый заряд аккумуляторов с графеновыми наношариками (Graphene balls)
Крупнейшее российское информационное агентство РБК сообщило об изобретении нового типа литиевых аккумуляторов на основе графеновых наношариков. Невероятно - зарядка за 12 минут! Это очередной миф про супераккумуляторы или долгожданный технологический прорыв?
Тема аккумуляторов актуальна для многих современных мобильных устройств: из-за недостаточной ёмкости некоторые смартфоны приходится заряжать по 2 раза в день, а на электромобиле даже страшно подумать о выезде за пределы города. Если же аккумулятор разрядился, то для полного заряда требуется 2-3 часа. Вопросы же срока службы и безопасности литиевых аккумуляторов также очень волнуют общественность после массовых взрывов и возгораний. К сожалению, мы наблюдаем большое количество новостных уток, которые пишутся копирайтерами для поддержания интереса к своим медиа ресурсам и с недоверием относимся к безосновательным заявлениям. Но к новости на РосБизнесКонсалтинг мы отнеслись с полной серьезностью. Публикация ссылается на отчет Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) об успешном создании нового типа литиевых аккумуляторов на основе графеновых шариков. При этом утверждается, что такие аккумуляторы будут заряжаться за 12 минут, а их ёмкость увеличится более чем в полтора раза. В подтверждение этого РБК приводит слова восходящей звезды российской нанонауки - ведущего сотрудника лаборатории НИТУ МИСиС, доктора физико-математических наук Павла Сорокина:
Графен — это один из самых перспективных материалов благодаря его свойствам. Во-первых, у него высокая электропроводность, что важно для батарейки. Во-вторых, выдающиеся механические свойства и высокая стабильность. Кроме того, при слое атомарной толщины графен имеет огромную удельную поверхность. Это свойство позволяет использовать графен в аккумуляторах. В представленном исследовании графеновые шарики использовались и в аноде, и в катоде. Было показано, что, если катод на основе никеля покрыть этими шариками, это увеличит его стабильность. Можно сказать, что в Samsung использовали наиболее сильные стороны графена.
Давайте разберемся, что собственно изобрел Самсунг. Наиболее полный отчет (PDF) о проведенных исследованиях размещен на сайте авторитетного научного журнала Nature. Авторы статьи рассказывают о технологии получения графена путем осаживания метана (CH4) на частицы диоксида кремния (SiO2) по принципу изготовления попкорна и о результатах использования его на катоде и аноде литиевого аккумулятора.
Катод
Полученные искусственным образом графеновые наношарики добавлялись в небольшом количестве (0,4%) в материал катода литиевого аккумулятора. Надо понимать, что активным элементом катода является кобальтит лития (LiCoO2), масса которого и определяет количество ионов лития (Li+). Добавление наношариков не увеличивает количество положительных ионов, а только облегчает им выход из материала катода. Не совсем понятно почему именно графеновые шарики, создавая пористую структуру катода и легче пропускают ионы лития (Li+), но, при этом, хорошо препятствуют миграции катионов оксида кобальта (CoO2-)? Но как бы то ни было результат поразительный, катод с наношариками показал значительно лучшую стабильность при работе на высоких токах (>1C) и при высокой температуре (60oC).Анод
Использование графеновых наношариков на аноде вместо традиционного графита также показало очень хорошие результаты на высоких токах (5C) при высокой температурах (60oC). Это было объяснено тем, что при таких условиях ионы лития обычно металлизируется на графите, а на графене нет. Совершенно невероятные результаты были показаны по жизненному циклу. Традиционные аккумуляторы с графитовыми анодами с трудом выполняют норматив в 300 циклов (1С). А графеновые аккумуляторы на высоких токах (5C) и при высокой температуре (60oC) остались стабильными в течение 500 циклов.
В итоге
Результаты исследований свойств графеновых аккумуляторов в агрессивных условиях представляют большой научный и технический интерес в плане повышения безопасности и срока службы аккумуляторов. Это, конечно, никакой не новый тип литиевых аккумуляторов - это очередной интересный эксперимент с электродными материалами. Вполне возможно, что исследования графена, как более стабильного материала были активизированы Самсунгом в ответ на критику быстрой зарядки (QuickCharge) или после возгорания аккумуляторов для Note 7. Но в результатах исследования не показано, что использование графеновых наношариков в нормальных условиях даёт дополнительную ёмкость. Полностью зарядить аккумулятор за 12 минут не получится даже пятикратным зарядным током. А вот себестоимость однозначно вырастет. Именно ёмкость и себестоимость сдерживает развитие, в частности, электромобилей. Пока не понятно насколько сложно изготавливать графеновые наношарики и какова будет их доля в себестоимости аккумуляторов. Однозначно можно сказать, что пятикратное увеличение зарядного тока потребует соответствующего увеличения мощности зарядного устройства.
В заключении хотелось бы выразить разочарование техническим уровнем публикации РБК как федерального информационного ресурса, который каждый день читают более 20 миллионов россиян. РБК полностью перепечатали статью корейского новостного портала
Yonhap, добавив весьма поверхностную рецензию уважаемого Павла Сорокина. После смены владельца и ухода большинства редакторов и журналистов, РБК все больше становится похож на "Комсомольскую Правду".
Рекомендуем также ознакомиться:
Как заряжать аккумулятор | Старение аккумуляторов | Износ аккумуляторов
Как влияют аккумуляторы для мобильных устройств на качество сна
Последний поход подводной лодки ВМС Аргентины "Сан-Хуан"
