Батарейки нового поколения заимствуют принцип работы у кишечника
Главная проблема литий-ионных батарей — постепенное расходование активного вещества. Кембриджский прототип не теряет активное вещество благодаря наноматералу, по структуре напоминающему ворсинки тонкого кишечника. В теле человека ворсистая поверхность внутри кишки увеличивает площадь поверхности, на которой происходят пищеварительные процессы. В литий-серных аккумуляторах слой ворсистого материала из проволоки оксида цинка толщиной в несколько нанометров выполняет несколько другую функцию. На его тонких щетинках, которыми покрыты электроды, частицы электролита задерживаются и остаются доступны для последующего использования.
Обычная батарейка состоит из трех основных элементов: анода, катода и электролита между ними. Положительно заряженные ионы катода путешествуют от катода к аноду через слой электролита. Емкость батареи определяется структурой и материалом электродов: так, каждый атом углерода в карбоновом аноде может принять не больше шести литиевых ионов.
Сера и литий взаимодействуют иначе, чем углерод и литий. Теоретически атом серы может взаимодействовать с большим количеством ионов лития, чем атом углерода, поэтому серная батарея обладает гораздо большей емкостью, чем обычная. Однако когда аккумулятор отдает энергию, сера полимеризуется, и нити полисульфида выпадают в осадок. Чем больше циклов проходит батарея, тем меньше серы остается на катоде.
Ворсистый материал, разработанный кембриджскими учеными, не дает сере переходить в раствор электролита, и возвращает материал на катод, где его снова можно использовать. Это позволяет существенно продлить срок службы аккумулятора.
Прототип подробно описан в статье, опубликованной в журнале Advanced Functional Materials.