Графен поможет ученым из МГУ улучшить литиевые "батарейки будущего"

Химики из МГУ создали и запатентовали устройство на базе графена, которое поможет им понять, почему литий-воздушные аккумуляторы заметно превосходят их литий-ионные аналоги по мощности, и сделать их долговечными. Описание прибора было опубликовано на сайте Федеральной службы по интеллектуальной собственности.

"В использовании графена сегодня нет ничего необычного, во многих лабораториях по всему миру научились выращивать и переносить его на нужную рабочую поверхность. Мы научились переносить графен на самые разные подложки, в том числе на твердый литий-проводящий электролит", — рассказывает  Даниил Иткис, химик из МГУ и один из создателей устройства.

Сегодня ученые активно пытаются найти замену литий-ионным источникам питания, которые используются в различных цифровых гаджетах, автономных медицинских приборах, промышленных инструментах и космических зондах. Емкость литий-ионных аккумуляторов относительно невысока, из-за чего их использование в электромобилях и других устройствах, требующих "промышленных" запасов энергии, крайне ограничено.

Как рассказывает Иткис, в последние годы на роль такой замены претендуют так называемые литий-воздушные аккумуляторы, роль источников тока энергии в котором играют атомы лития внутри самой батареи и кислород в атмосфере Земли. Такие батареи способны запасать в пять раз больше энергии, чем их конкуренты, и плотность накопления энергии в них сравнима с удельной энергоемкостью бензина и прочих видов топлива.

Такие батареи были созданы еще в 70 годах прошлого века, однако идею их разработки забросили из-за крайне невысокой долговечности таких устройств – они почти полностью приходят в негодность уже через несколько циклов разрядки и зарядки. В последние годы интерес к ним заново возродился из-за появления электромобилей, нанотехнологий и прочих плодов науки, позволяющих надеяться на то, что эта проблема будет решена. 

Год назад Иткис и его коллеги обнаружили, что полностью эту проблему нельзя ликвидировать – внутри таких батарей постоянно образуются агрессивные вещества, разрушающие их электроды. Можно лишь улучшить конструкцию "воздушных" батарей, повысив число циклов разряда и заряда до приемлемых величин.

Для решения этой задачи химики из МГУ создали прибор, своеобразный прозрачный "корпус" для аккумулятора, который позволяет им быстро изучать то, как разрушаются электроды в подобных батареях с разной компоновкой при их разрядке и зарядке.

Графен, как отмечают ученые, позволяет создавать очень тонкие и "прозрачные" для рентгена аккумуляторы, за содержимым которых можно следить, используя рентгеновские спектроскопы и другие источники электромагнитных волн. Как надеются ученые, подобные графеновые "корпуса" помогут улучшить работу не только литий-воздушных источников тока, но и другие типы батарей.