Вчені з Каліфорнійського університету переосмислили забутий дизайн батареї від Томаса Едісона.
Один із "невдалих" винаходів Томаса Едісона може виявитися кращим варіантом для сучасної мережі чистої енергії, ніж той двигун для електромобілів, який він зрештою запропонував, пише Еcoticias.
Як припускає нове дослідження вчених з Каліфорнійського університету, ідея Едісона створити нікель-залізні акумулятори може отримати нове втілення за допомогою нанотехнологій 21-го століття.
Вчені створили прототип нікель-залізного акумулятора, який заряджається за лічені секунди та може працювати понад дванадцять тисяч циклів повного заряду та розряду. Така продуктивність еквівалентна понад тридцяти рокам щоденного використання. І з таким терміном служби типові літій-іонні акумулятори, що використовуються в автомобілях, наразі не можуть зрівнятися.
На початку 20-го століття водії бачили на дорогах більше електричних та гібридних автомобілів, ніж бензинових моделей. Деякі з них живили свинцево-кислотні акумулятори Едісона, але вони були важкими, дорогими та зазвичай розряджалися приблизно через 40 км.
Він вважав, що нікель-залізна хімія може збільшити відстань на 100 км і заряджатися протягом ночі, що вражало для тієї епохи. Реальність стала на заваді. Оригінальні нікель-залізні акумулятори були громіздкими та повільно заряджалися, а під час використання вони виділяли водень, що створювало проблеми з безпекою. Оскільки бензинові двигуни стали дешевшими та зручнішими, колись перспективний електричний варіант зайняв нішеву позицію, яка збереглася переважно в кількох промислових системах та автономних установках.
Сучасний прототип зберігає вибір металів Едісона, але майже все змінює в їхньому розташування. Дослідники використовували білки, що отримуються з побічних продуктів м'ясної промисловості, як крихітні каркаси. Усередині складок цих білків атоми нікелю та заліза збираються в кластери розміром менше п'яти нанометрів. Щоб покрити їх шириною з людську волосину, знадобиться десять тисяч або більше таких кластерів.
Ці білкові шаблони були поєднані з оксидом графену, матеріалом, виготовленим з надтонких шарів вуглецю, прикрашених атомами кисню. Потім суміш нагрівали у воді та випікали за високої температури.
Під час цього етапу білки перетворилися на вуглець, кисень був видалений, а металеві кластери замкнулися в пористу вуглецеву мережу. Кінцевим результатом є структура аерогелю, яка приблизно на 99% складається з повітря за об'ємом, з величезною внутрішньою поверхнею, де можуть відбуватися реакції в батареях.
На практиці більша площа поверхні означає швидшу зарядку та розрядку. Коли майже кожен атом активного матеріалу може брати участь у реакції, акумулятор може швидко приймати енергію та так само швидко її вивільняти, не зношуючи її за кілька років.
Незважаючи на свою швидкість та довговічність, ця нікель-залізна конструкція не зберігає стільки енергії на кілограм, скільки сучасні літій-іонні елементи. Це робить його поганим кандидатом для електромобілів з великим запасом ходу. Натомість дослідники бачать більш чіткий потенціал у стаціонарному зберіганні енергії, де розмір і вага є меншим головним болем, ніж надійність і вартість протягом десятиліть.
Одним з очевидних застосувань були б сонячні електростанції. У сонячні години панелі часто генерують більше електроенергії, ніж може поглинути мережа.
Банк довговічних нікель- залізних акумуляторів міг би поглинати цей надлишок і повертати його в мережу після заходу сонця, коли люди повертаються додому, вмикають кондиціонер і готують вечерю. Центри обробки даних, яким потрібне миттєве резервне копіювання у разі збою основного джерела живлення, є ще одним ймовірним кандидатом.
Масштабування будь-якого лабораторного прототипу до рівня міського накопичувача енергії рідко буває простим, і інженерам потрібно буде довести, що етапи виробництва дійсно залишаються такими низьковитратними та простими, як стверджує команда.
Нагадаємо, що ліфти змушують людину відчувати зміни у силі тяжіння. Під час різкого підйому людина ніби стає важче, а під час спуску відчуває себе легшою. Як пояснив фізик, такі відчуття викликає зміна поштовху платформи ліфту, а гравітація та маса саої людини лишається незмінно.