Революционные батареи: стабильность в любых условиях

Исследователи из Университета штата Пенсильвания представили новаторский дизайн литий-ионных батарей, способный обеспечить стабильную работу в экстремальных температурных условиях. Эта разработка открывает новые возможности для хранения энергии, преодолевая ограничения существующих технологий.

Современные литий-ионные аккумуляторы, несмотря на их широкое применение, имеют существенные недостатки: снижение эффективности при низких температурах и риск перегрева с возможным возгоранием при высоких. Команда из Пенсильвании предложила решение, сочетающее оптимизированные материалы и внутреннюю систему подогрева, что позволяет батареям эффективно функционировать в широком диапазоне температур.

Как отмечает профессор Чао-Ян Ванг, ведущий исследователь проекта, первоначальное предназначение литий-ионных батарей было ориентировано на работу при умеренных температурах, около 25 градусов Цельсия. Однако с их интеграцией в такие системы, как электромобили и центры обработки данных, работающие при повышенных температурах, возникла потребность в адаптации.

Существующие внешние системы охлаждения и подогрева громоздки, энергозатратны и требуют частого обслуживания. Новая разработка устраняет эту проблему, интегрируя систему терморегуляции непосредственно в конструкцию батареи. Этот подход позволяет избежать компромиссов в плане стабильности и безопасности при работе в разных климатических зонах.

В отличие от предыдущих попыток улучшить характеристики батарей путем изменения только материалов, команда Ванга комбинирует оптимизацию материалов для высокой стабильности в жарких условиях с внутренним подогревом для обеспечения производительности в холодных. Это достигается за счет модификации электродов и электролитов, а также внедрения тонкой никелевой фольги толщиной всего около 10 микрон. Эта нагревательная структура, питаемая от самой батареи, практически не добавляет веса или объема.

Новый дизайн расширяет рабочий диапазон температур батарей до -50...+75 градусов Цельсия, открывая двери для их применения в ранее недоступных областях, таких как спутники или солнечные фермы в пустынных регионах. Кроме того, интеграция терморегуляции внутрь батареи снижает затраты, энергопотребление и потребность в обслуживании, что особенно важно для крупномасштабных систем.

Исследователи планируют дальнейшую оптимизацию батарей для работы при температурах до 70-85 градусов Цельсия, что необходимо для поддержки растущих энергетических потребностей современных технологий, таких как центры обработки данных для искусственного интеллекта, передовые дроны и электромобили. Разработка подтверждает, что по мере увеличения зависимости общества от технологий, совершенствование систем хранения энергии будет оставаться ключевым направлением.