Батарейки для гаджетов будущего
Размер имеет значение: наночастицы магния дают всемеро больше энергии, чем просто магний
Сегодня ученые по всему миру активно ищут новые технологии хранения электрического заряда. Но пока к созданию коммерчески доступных аккумуляторов это никого не привело.
Фото: Валерий Титиевский, Коммерсантъ
Фото: Валерий Титиевский, Коммерсантъ
Магний как материал для производства аккумуляторов известен давно, еще с 1960-х годов, когда компания General Electric запатентовала топливный элемент, в котором может быть использован магниевый электрод. Попытки создать магниевую батарейку предпринимались и позже.
Эксперименты с магнием и сплавами на его основе ведут и сотрудники молодежной лаборатории дизайна магниевых сплавов Тольяттинского государственного университета (ТГУ), которая была создана благодаря национальному проекту «Наука и университеты». Там обнаружили потенциал для увеличения емкости аккумуляторов в наночастицах магния.
Практически все телефоны и гаджеты сегодня работают на литий-ионных батареях. Запасов лития на планете не так уж и мало, но большой спрос на этот металл активно подстегивает рост производства электромобилей. При этом литий-ионные батареи очень чувствительны к изменению температуры, с чем были связаны известные проблемы воспламенения смартфонов и других устройств. Кроме этого литий токсичен и требует особенных условий утилизации, поэтому поиск альтернативы в будущем более чем актуален.
«Магний здесь подходит по разным показателям: он доступен, его много. Даже немного странно, почему до сих пор он не применяется в аккумуляторах широко,— рассказал младший научный сотрудник лаборатории Илья Соснин.— Главное преимущество литий-ионных аккумуляторов — это скорость заряда. Мы можем быстро зарядить телефон, чтобы он работал весь день. С магниевым аккумулятором сделать такого пока не получается. Но у него другое преимущество — высокая объемная емкость».
То есть аккумулятор на магнии может работать в два раза дольше, чем такого же размера литиевый. Или при одинаковой емкости магниевый аккумулятор будет в два раза меньше литиевого. По словам ученого, эффект был обнаружен давно, несколько раз были проведены эксперименты, в связи с чем исследования были заброшены как тупиковая ветвь исследований. Специалисты молодежной лаборатории решили попробовать еще раз: подготовили наночастицы, сделали на их основе своеобразный аккумулятор — электрохимическую ячейку, которая может выдавать ток, и этот ток измерили. Затем сравнили эффект от использования в аккумуляторе наночастиц и микрочастиц. Опыты показали, что наночастицы магния в составе батареи выдают примерно в семь раз больше энергии, чем микрочастицы. «Условно говоря, если вы берете 100 г магния, делаете из него аккумулятор и с помощью выделенной им энергии нагреваете чайник, то, поместив в аккумулятор 100 г наноструктурированного магния, вы сможете нагреть уже семь чайников»,— объяснил Илья Соснин.
Результаты исследований говорят о том, что в отдаленной перспективе магниевые аккумуляторы могут стать если не заменой литий-ионным, то по крайней мере достойной альтернативой им. Команда продолжает работать над изучением этого эффекта и проведением экспериментов с магнием и сплавами на его основе.
Эксперименты ученых молодежной лаборатории дизайна магниевых сплавов ТГУ, созданной благодаря национальному проекту «Наука и университеты», были опубликованы в научном журнале Materials Science & Engineering B*.