Старый патент Томаса Эдисона стал основой для никель-железной батареи с ресурсом в 30 лет

Международная команда ученых под руководством профессора Ричарда Канера из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) представила усовершенствованный прототип никель-железной батареи, конструкция которой основана на изобретении Томаса Эдисона столетней давности. Благодаря применению нанотехнологий инженерам удалось устранить ключевой недостаток оригинальной разработки — низкую скорость зарядки, сохранив при этом её исключительную долговечность. Новая батарея способна заряжаться за несколько секунд и выдерживать более 12 000 циклов перезарядки без существенной потери емкости. Согласно данным разработчиков, эксплуатационный ресурс устройства при ежедневном использовании превышает 30 лет.

Оригинальная никель-железная (Ni-Fe) батарея была запатентована Эдисоном в начале XX века как надежный источник питания для электромобилей. Несмотря на высокую прочность и безопасность, технология уступила рынок свинцово-кислотным, а затем и литий-ионным аккумуляторам из-за медленного накопления заряда и низкой удельной энергоемкости.

Профессор Ричард Канер и доктор Махер Эль-Кади решили эту проблему, изменив структуру электродов на атомном уровне. Вместо стандартных пластин исследователи использовали трехмерную структуру из графена, на которую нанесены наночастицы никеля и железа. Для точного распределения металлических кластеров были использованы протеины, что позволило создать высокопроводящую сеть. Это увеличило площадь активной поверхности и ускорило химические реакции на порядки.

Согласно результатам тестов, новый прототип способен заряжаться примерно в 1000 раз быстрее традиционных аналогов — процесс занимает считанные секунды. При этом устройство выдерживает более 12 000 циклов заряда-разряда практически без потери емкости. При режиме ежедневной перезарядки такой ресурс эквивалентен более чем 30 годам эксплуатации, что значительно превосходит показатели современных литий-ионных батарей, срок службы которых редко превышает 3-5 лет.

Ключевым преимуществом разработки является отказ от дорогостоящего лития и кобальта в пользу широко распространенных и дешевых никеля и железа. Это делает технологию перспективной не только для электротранспорта, но и для стационарных систем хранения энергии — например, для сглаживания пиковых нагрузок в электросетях и накопления энергии от солнечных панелей.

Источник: interestingengineering.com