В Вашингтонском университете (США) под руководством Гранта Нортона разработана технология, способная утроить ёмкость литий-ионных батарей, которая, как все мы знаем, весьма и весьма ограничена.

Использованная наноразмерная технология позволяет также сократить время зарядки аккумулятора и обеспечивает куда большее число рабочих циклов. Причём, в отличие от многих подобных заявлений, заканчивающихся обычно неопределёнными планами на будущее, исследователи уже оформили несколько патентов на своё изобретение и ожидают появления новой технологии на массовом рынке в течение года.

Наноиглы олова (микрофотография Washington State University).

Как вы помните, перезаряжаемые (в частности) литий-ионные батареи содержат два электрода — катод и анод. Сам литий — это очень активный металл-восстановитель, способный интеркалироваться в кристаллическую решётку других материалов (например, в графит) с образованием химической связи (в случае с графитом появляются продукты с максимальным наполнением координационного числа лития LiC6). В качестве анодного материала в нынешних литий-ионных батареях применяется именно графит, а на катод идут дешёвые и безопасные литий-феррофосфаты. В момент зарядки ионы лития мигрируют от катода к аноду, который, удерживая ионы лития, сохраняет запасённую энергию; при использовании батареи ионы дрейфуют в обратном направлении. Основное нововведение рассматриваемой работы — замена материала анода с графита на олово, что позволяет (потенциально) запасать в три раза больше ионов лития (энергии), чем графит.

У олова дурная слава в электронной промышленности, и всё из-за образования тончайших волосков, длина которых иногда достигает 10 мм, на поверхности оловянных покрытий при их нанесении. Эти торчащие во все стороны усики могут вызывать совершенно неожиданные короткие замыкания, напрочь выводящие из строя электронику с оловянным покрытием. Но, несмотря на то что «оловянные волоски» вот уже шестьдесят лет создают проблемы, учёные до сих пор не знают, как избежать их образования.

Грант Нортон (фото International Council on Materials Education).

Грант Нортон и его коллеги перевернули ситуацию с ног на голову, попробовав применить эту самопроизвольную тягу олова к образованию наноматериала для пользы дела. Исследователи сообразили, что если смогут научиться контролировать рост оловянных волосков, то им удастся получить сверхпористый (на наноуровне) материал с чрезвычайно развитой поверхностью, которая сможет принять значительно больше ионов лития, чем графит.

В этом и состоит основное ноу-хау новой технологии. Учёные разработали метод контролируемого роста наноигл олова на медной фольге, используя самый стандартный гальванический процесс, обычно применяемый в промышленности. А это значит, что оловянный анод будет в производстве даже дешевле графита и всё равно позволит втрое увеличить ёмкость батареи. Конечный продукт — батарея — будет выглядеть точно так же, что устраняет затратную необходимость подгонять под новую технологию саму электронику.