Используя новый подход, группа ученых создала мембраны из графена для применения в воздушно-литиевых аккумуляторах, которые, однажды, смогут заменить стандартные аккумуляторы, используемые сегодня в автомобилях

Согласно сообщению ученых из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) и Пристонского университета, выглядящие как поврежденная яичная скорлупа, графеновые структуры, наращенные вокруг пузырьков, позволяют создать воздушно-литиевые аккумуляторы с самым высоким показателем энергоемкости на сегодняшний день. Этот черный пористый материал мог бы использоваться вместо обычных гладких листов графена в воздушно-литиевых аккумуляторах, которые быстро засоряются мелкими частицами в процессе эксплуатации. В качестве дополнительного преимущества выступает то, что новый материал не требует наличия платины или какого-либо другого драгоценного металла, что, в свою очередь, снижает его потенциальную стоимость и загрязняющее воздействие на окружающую среду.

Воздушно-литиевые аккумуляторы могли бы подтолкнуть создание электромобилей, способных перемещаться без подзарядки на большие расстояния, до 300 миль. Эти, сравнительно легкие аккумуляторы, на практике все еще имеют достаточно ограниченную энергоемкость и малый жизненный цикл. Однако исследование показало, как максимизировать энергоемкость аккумуляторов подобного типа.

Команда ученых начала свой проект с комбинирования связующего агента с графеном, специальной формой углерода. Связующий материал растворил графен также, как мыло растворяет жир при мытье посуды. Затем графен и связующее были добавлены в воду и перемешаны с использованием процесса, который способствовал образованию пузырьков внутри этой смеси. Графен и связующее приобрели необходимую форму и закрепились вокруг этих пузырьков. Когда пузырьки окончательно сформировались, остались полые сферы из графена. Эти черные крошечные частицы составляют примерно 3-4 микрона в диаметре, что в десять раз тоньше волоса человека.

Используя методы моделирования и микроскопного наблюдения, ученые проанализировали графеновые структуры и их свойства. Они произвели специальные вычисления в соответствии с теорией функциональной плотности на суперкомпьютере в Национальном компьютерном центре научных исследований в области энергетики. Также, они изучали частицы, используя оборудование электронной микроскопии Экологической молекулярной научной лаборатории.

Исследователи обнаружили, что эти черные пористые структуры способны хранить более 15 ампер-часов на один грамм графена, тем самым, делая новый материал самым энергоемким среди известных материалов.

Аккумулятор достигает высоких показателей энергоемкости только в чистом кислороде. При работе в окружающей среде эти параметры ухудшаются, потому что вода, содержащаяся в воздухе, «загрязняет» литий в аккумуляторах. На данном этапе команда ученых из PNNL работает над специальной мембраной, которая будет блокировать попадание воды к структуре, позволяя течь лишь потокам чистого кислорода.