Созданы литиевые батареи нового поколения

В обычных литиевых батареях электрический ток генерируется при перемещении ионов лития от одного электрода к другому. В новой разработке удалось повысить силу тока и емкость батареи благодаря использованию в качестве электродов множества миниатюрных углеродных стержней. Руководитель работы Марк Маду (Marc Madou) описывает изобретение следующим образом: "Представьте себе, что вам удалось втиснуть сразу сотни батарей в тот же объем, что занимала лишь одна батарея. Сделать это было очень непросто, и мы уже не надеялись добиться успеха. Работа была приостановлена семь лет назад, и именно невозможность создания миниатюрных электродов была камнем преткновения".

С проблемой удалось справиться Чимли Уонг (Chimlei Wang), которая придумала способ создания углеродных стержней из полимеров. Для этого были использованы полимеры, отверждающиеся под действием света (аналогичный процесс используется в производстве микросхем). На поверхности кремниевой подложки наносили полимер, который затем облучали светом через специальную маску с отверстиями. Неотвержденный полимер удаляли с помощью другого химического процесса. Затем оставшийся полимер нагревали до 900 градусов Цельсия при отсутствии кислорода, при этом атомы водорода "выгорали" (хотя с химической точки зрения это скорее не горение, поскольку кислорода не было, а пиролиз - высокотемпературное разложение вещества). В результате образовывались тысячи углеродных стержней длиной около половины миллиметра. Главное достижение ученых заключалось в том, чтобы подобрать исходный полимер, не разрушающийся при высокотемпературной обработке.

Следующим важным этапом было собственно формирование батареи из миниатюрных электродов, между которыми перемещаются ионы лития. Исследователи научились соединять нужным образом между собой последовательные ряды углеродных стержней, а также регулировать число параллельно соединенных стержней. Это дало возможность регулировать уровень тока при работе батареи, что важно для нормального функционирования многих электронных устройств.

Прежде, чем новые литиевые батареи появятся на рынке, ученым предстоит решить еще одну важную проблему. Дело в том, что для создания батареи была использована подложка из чистого кремния, поскольку эта технология используется в микроэлектронике. Но для массового производства литиевых батарей это будет слишком дорогим этапом производства, поэтому придется искать более дешевый материал для подложки, на которой формируются полимерные стержни.

Источник: собственная информация CNews.ru с использованием материалов журнала Nature.