Эффективные аккумуляторные батареи

13.02.2013

Ученые из Национальной ускорительной лаборатории SLAC и Стэнфордского университета установили мировой рекорд по эффективности хранения энергии. Этого удалось добиться с помощью специальной конструкции электрода, напоминающей желток яйца.

Новый катод на основе серы может хранить в 5 раз больше энергии, чем самые лучшие современные коммерческие литий-ионные аккумуляторы. Кроме того, современные литий-ионные аккумуляторы обычно сохраняют около 80% от их первоначальной емкости после 500 циклов заряд/разряд. В свою очередь, новая технология сохраняет высокую эффективность аккумулятора даже после 1000 циклов заряд/разряд. Благодаря этому появилась возможность создания батарей нового поколения: емких, легких и более долговечных. Их можно будет использовать в портативной электронике и электрических транспортных средствах.

Ученым известно, что теоретически сера может хранить намного больше ионов лития, и, следовательно, гораздо больше энергии, чем нынешние электроды. Однако есть две проблемы использования серы в аккумуляторах. Так, когда ионы лития поглощаются электродом во время разрядки, они связываются с атомами серы и создают промежуточные соединения, которые ограничивают емкость аккумулятора. В то же время, приток ионов вызывает увеличение объема катода примерно на 80%. Это приводит к растрескиванию любых защитных покрытий на поверхности электрода и сокращает срок службы аккумулятора.

Новая технология предполагает создание катода из наночастиц диаметром 800 нанометров. Они представляют собой крошечную частицу серы, окруженную твердой оболочкой из пористого диоксида титана, как яичный желток в яичной скорлупе. Между "желтком" и "скорлупой" есть пустое пространство, которое позволяет сере беспрепятственно расширяться. Во время разрядки ионы лития проходят через оболочку и связываются с серой, которая расширяется, заполняет пустоту между "желтком" и "скорлупой", не разрывая твердую оболочку. При этом оболочка защищает серу от образования промежуточных соединений.

В ходе экспериментов новый аккумулятор сохранил 70% емкости после 1000 циклов заряд/разряд, что даже без оптимизации соответствует и даже превышает аналогичный показатель самых совершенных коммерческих аккумуляторов. В настоящее время ученые планируют поэкспериментировать с добавлением внутрь "скорлупы" других материалов, в частности кремния.

<< Назад: Токопроводящий белок для сборки 3D-микрочипов 13.02.2013

>> Вперед: Силикон вместо меди 12.02.2013

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Восприятие музыки зависит от цвета концертного зала 03.03.2026

Восприятие живой музыки традиционно связывают с слухом, однако на впечатления от концерта влияют и другие факторы, включая визуальное оформление и освещение. Вопрос о том, может ли цвет интерьера напрямую изменять то, как мы слышим звук, долго оставался открытым. Недавнее исследование ученых из Технического университета Берлина проливает свет на эту связь и демонстрирует, что визуальная среда способна влиять на субъективное восприятие музыки. Чтобы изучить эффект цвета, исследователи предложили участникам прослушать записи концерта в виртуальных залах, оформленных в красные, зеленые и синие оттенки. Цвета варьировались по яркости и насыщенности, что дало 12 различных вариантов оформления. Поскольку построить физические залы с таким разнообразием цветов было невозможно, использовалась технология виртуальной реальности. Звук воспроизводился через наушники с бинауральной технологией, адаптирующей звучание к движениям головы, что создавало ощущение реального присутствия в зале. Участ ...>>

Chrysalis: концепт межзвездного корабля для 400-летнего путешествия 03.03.2026

Межзвездные полеты остаются одной из самых амбициозных целей человечества. Международный научный проект Chrysalis предложил концепцию космического корабля, способного совершить 400-летнее путешествие с экипажем из 2400 человек. Победивший в конкурсе 2025 года дизайн демонстрирует не только инженерные решения, но и социальную архитектуру, рассчитанную на 16 поколений людей, живущих на борту. В основе концепции лежит вращательная конструкция длиной 58 километров. Такая масштабная система должна создать искусственную гравитацию, достаточную для нормального функционирования организма, без вызывающей дезориентацию центробежной нагрузки. Для стабилизации конструкции проект предусматривает несколько цилиндров, вращающихся в противоположных направлениях, что минимизирует колебания и вибрации. Сборка корабля планируется в точках Лагранжа - участках космоса, где можно минимизировать расход топлива. Движение корабля предполагается обеспечить прямым термоядерным двигателем на гелии-3 и дейте ...>>

Дети, растущие рядом с природой, обретают крепкие кости 02.03.2026

Влияние окружающей среды на здоровье человека становится все более очевидным, особенно в детском возрасте. Новое исследование, опубликованное в журнале JAMA Network Open, показывает, что близость к природе напрямую связана с крепостью костей у детей. Ученые установили, что у детей, чьи дома окружены природными территориями в радиусе 1000 метров на 25% больше обычного, риск развития крайне низкой плотности костей снижается на 65%. Для проведения исследования были проанализированы данные более 300 детей, проживающих в городских, пригородных и сельских районах Фландрии в Бельгии. Плотность костной ткани у детей в возрасте от четырех до шести лет оценивалась с помощью ультразвуковых методов. Такой подход позволил безопасно и точно измерить состояние костей на ранних этапах формирования скелета. При анализе учитывались ключевые факторы, влияющие на рост и развитие детей: возраст, вес, рост, этническая принадлежность и уровень образования матери. На основании этих параметров исследоват ...>>

Самовосстанавливающаяся инфраструктура будущего 02.03.2026

Современные мосты и бетонные конструкции по всему миру сталкиваются с проблемой устаревания и износа. Многие сооружения, построенные до 1980-х годов, постепенно теряют свою несущую способность, что требует дорогого ремонта или полной замены. Недавние разработки ученых из Швейцарских федеральных лабораторий материаловедения и технологий (Empa) предлагают инновационное решение - систему укрепления бетонных конструкций с помощью "умной стали", способной самостоятельно устранять трещины и повреждения. В основе новой технологии лежит арматура из сплава на основе железа с эффектом памяти формы (Fe-SMA). Этот материал обладает уникальным свойством: при нагревании до 190-200 °C стержни стремятся вернуться к своей первоначальной конфигурации. В бетонной конструкции это создает внутреннее напряжение, которое затягивает трещины и выравнивает деформированные элементы, существенно повышая прочность и долговечность сооружений. Актуальность разработки объясняется критическим состоянием инфрастр ...>>

Поцелуи полезны для здоровья 01.03.2026

Вопрос о том, как социальные связи и близость с партнером отражаются на здоровье человека, привлекает внимание не только психологов, но и специалистов в области микробиологии. Новое исследование показывает, что совместное проживание с любимым человеком может оказывать значительное влияние на микробиом кишечника и общее самочувствие. Доктор Наоми Миддлтон, клинический психологи и эксперт по здоровью кишечника, объяснила, что все аспекты совместной жизни - поцелуи, совместное питание, физическая близость и даже просто пребывание рядом - тесно связаны с поддержанием сбалансированной кишечной микрофлоры. Она подчеркивает, что здоровье экосистемы кишечника во многом определяется социальными взаимодействиями и повседневной близостью с другими людьми. По словам Миддлтон, длительное совместное пребывание с партнером может способствовать увеличению микробного разнообразия в кишечнике, а также снижать воспалительные процессы, связанные со стрессом. Такой эффект обусловлен тем, что микробио ...>>

Случайная новость из Архива Создан самый качественный лазер 07.07.2017 У большинства людей слово лазер всегда ассоциируется с термином "точность". Однако и в области лазерных технологий существует достаточно большое пространство для дальнейших усовершенствований. "Идеальный" лазер должен излучать свет со строго определенной длиной волны, однако реальные лазеры далеки от идеала, и они излучают свет в очень узкой полосе спектра. Ширина полосы спектра является одной из основных характеристик лазеров, определяющих его качество, а одним из направлений усовершенствований лазерных технологий является именно уменьшение этой ширины настолько, насколько это предоставляется возможным. Недавно международная группа ученых закончила создание лазера-рекордсмена, ширина полосы спектра которого составляет всего 10 мГц (0.01 Гц). Для сравнения, ширина полосы спектра большинства используемых в науке и промышленности лазеров составляет, в лучшем случае, несколько тысяч Герц. Вторым показателем качества работы лазера является показатель стабильности излучаемого света, определяющий насколько долго лазер может излучать высококачественный луч света. Новый лазер, разработанный специалистами и учеными из Федерального физико-технического университета, Германия, и научной группы из института JILA (Joint Institute for Laboratory Astrophysics), США, является рекордсменом по обоим упомянутым выше параметрам. Помимо ширины полосы спектра в 10 мГц, этот лазер демонстрирует стабильность луча в течение 11 секунд. Этого времени достаточно для того, чтобы излученный лазером свет смог преодолеть расстояние в 3.3 миллиона километров, что приблизительно в десять раз больше расстояния между Землей и Луной. Новая лазерная система обладает столь высоким качеством, что ее невозможно сравнить с любым другим существующим лазером. И для того, чтобы произвести сравнительные испытания, ученым пришлось изготовить два одинаковых образца лазера и сравнить их друг с другом. А для сравнения качества работы использовалась сложная система зеркал и других оптических компонентов, которая представляла собой высокостабильный оптический резонатор, длиной в 21 сантиметр, настроенный на определенную длину волны света. Помимо этого, были использованы и другие устройства, которые позволили избежать влияния на производимые измерения таких факторов, как колебания атмосферного давления, влажности и температуры. Проведенные учеными измерения и эксперименты позволили им собрать данные, на основе которых и были вычислены основные параметры новых лазеров. А дальнейшие работы в данном направлении, включающие использование новых материалов для зеркал лазера, технологии снижения температуры в объеме резонатора лазера и т.п., позволят добиться уменьшения ширины полосы спектра лазера до уровня не более 1 мГц.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026