Идея Эдисона спустя 125 лет: никель-железный аккумулятор, который выдерживает 12 000 циклов заряда-разряда

Исследователи из UCLA переосмыслили забытую технологию начала XX века. Ученые разработали прототип никель-железного аккумулятора, который быстро заряжается и способен прослужить много лет без существенной деградации.

Никель-железная аккумуляторная батарея не является новинкой. Ее придумали в начале 1900-х годов, когда электромобили количественно превосходили бензиновые. Томас Эдисон пытался усовершенствовать эту технологию, чтобы увеличить запас хода с 30 до 100 миль. Однако ее вытеснили двигатели внутреннего сгорания. Главная проблема таких аккумуляторов, которую не могли решить более 100 лет, заключалась в низкой проводимости.

Что предложили современные исследователи?

Решение заключается в радикальном уменьшении размера активных частиц. Технология использует наноскопления никеля и железа размером менее 5 нанометров, чтобы почти каждый атом участвовал в химической реакции, а ионы преодолевали значительно более короткий путь между электродами.

Исследователи использовали белки, полученные из говядины, в качестве шаблонов для выращивания металлических кластеров. Смесь белков с оксидом графена нагревали в воде, а затем запекали при высоких температурах. Процесс преобразовывал белки в углерод и встраивал нанокластеры никеля и железа в структуру. В результате образуется аэрогель, на 99% состоящий из воздуха, чрезвычайно пористая структура с огромной площадью поверхности для химических реакций.

В настоящее время команда исследует возможность замены белков животного происхождения на природные полимеры, более доступные для промышленного производства.

Где можно будет использовать никель-железные аккумуляторы?

Исследователи ожидают, что технология найдет применение для стабилизации энергосетей и сглаживания нестабильного производства возобновляемых источников энергии.

Благодаря сверхбыстрой реакции и исключительной долговечности такой аккумулятор может накапливать избыток солнечной электроэнергии днем и возвращать ее в сеть ночью, а также использоваться для резервного питания критической инфраструктуры.

Но пока эта технология не достигает энергетической плотности литиевых аккумуляторов. Поэтому в портативной электронике или электромобилях она вряд ли составит им конкуренцию в ближайшей перспективе.