Реализирането на мечтата за дълготрайни батерии вече е малко по-близо, тъй като учените са постигнали напредък по голям проблем – батериен материал, който съдържа много енергия в себе си, но бързо се разпада. Те са намерили начин да запазят силициевият материал непокътнат, използвайки малки „макари“.
Производителите се интересуват от създаването на батериен компонент, наречен анод със силиций вместо графит. Силицият може да задържа до пет пъти повече енергия, но също така се разширява до 400%, а след това се разпада. Това означава, че животът на батерията е изключително кратък.
В статия, публикувана в сп. „Science“, учени създават „макари“ от молекулите. Тези „макари“ държат силицията на място, така че да не се разпада. При тестовете батериите запазват 98% ефективност след стотици цикли и функционира толкова дълго, колкото батерията с графитен анод. Това може да бъде ключово развитие за разработки като електрически автомобили, които се нуждаят от батерии, които могат да съхраняват много енергия за дълго време.
Нека да направим крачка назад и да видим как работят батериите. Батериите имат електрически проводници от противоположни полюси. Един електрод, наречен катод, е изработен от литий и притежава положително заредени електрони. Обратният електрод, наречен анод, притежава отрицателно заредени йони. По време на зареждането, литиевите йони се придвижват от катода към анода. Когато се използва батерията, литият се движи в обратната посока.
Анодът е частта, която обикновено се изработва от графит. По-ранни изследвания върху силициевите аноди са съвзани с полимер, който има за цел да задържи силиция цял. Тези опити се оказват неуспешни, заради свойствата на частиците, използвани в експеримента.
В днешното проучване екипът от учени създаде свързващо вещество, което е достатъчно еластично, за да се приспособи към разширяването, и достатъчно силно, за да предпази силиция от прекалено разширяване, че да се разпръсне. Макарата, наречена полиротаксан, се състои от пръстени в тънък прорез, които могат да се плъзгат нагоре и надолу. Тъй като пръстените могат да се движат, те могат да следват силиция, докато се разширяват, но използват обратна тяга, за да не се разширяват прекалено много, обяснява съавторът на проучването Али Коскун. Основното им предназначение е да държат силициевите частици, така че да не се разпадат, докато променят състоянието си.
„Хората смятат, че този вид изследване просто търси интересни молекули, но то е толкова реално и реално приложимо“, казва Коскун. „Това изследване може да окаже влияние върху приложенията в реалния живот“.
Едно от ограниченията е, че конструкцията на устройството се усложнява, а от това оскъпява и го прави труднодостъпно за комерсиална употреба. Независимо от това, учените вече са си партнирали с водещ корейски производител на батерии, за да се опитат да решат този проблем. „Електрическите превозни средства могат да бъдат основно приложение, но това може да бъде полезно във всички устройства за масова употреба, които се нуждаят от повече енергия“, казва Чой. Представете си, че таксата за телефони трае три дни вместо една.
Независимо от това, Коскун и Чой вече са си партнирали с „основен корейски производител на батерии“, за да се опитат да направят това на пазара. „Електрическите превозни средства могат да бъдат основно приложение, но това може да бъде полезно във всички приложения, които се нуждаят от повече енергия“, казва Чой. „Просто си представете как с едно зареждане телефонът ще издържа три вместо един ден.“
