Забытая батарея Эдисона получила обновление, о котором он всегда мечтал

Вот что заставило меня улыбнуться: человек, подаривший нам лампочку, возможно, также подарил нам будущее накопления энергии — он просто ещё не знал об этом.

В 1901 году Томас Эдисон запатентовал никель-железную батарею. Его цель? Создать что-то лучшее, чем свинцово-кислотные аккумуляторы того времени. Он хотел, чтобы они были надёжными, доступными по цене и достаточно мощными, чтобы сделать электромобили по-настоящему практичными. Знаете, такие машины, которые могли бы проезжать больше нескольких десятков миль до разрядки.

Тайминг был, мягко говоря, неудачным

Видите ли, это произошло как раз в тот период, когда двигатели внутреннего сгорания становились всё лучше и лучше. Автомобили с бензиновым двигателем становились дешевле и практичнее, а электромобили? Они практически исчезли из массового использования на следующее столетие. Батарея Эдисона так и не получила широкого распространения и канула в лету, оставшись лишь страницей истории.

Но вот в чём дело с по-настоящему хорошими идеями: они умеют ждать своего часа.

«Удивительно простое» решение

Мне очень нравится эта часть истории. Недавно международная группа исследователей вернулась к старому дизайну Эдисона и серьёзно модернизировала его с учётом достижений XXI века. По словам учёных, процесс не является какой-то сверхсложной научно-фантастической процедурой. Один из исследователей даже назвал его «удивительно простым».

Они смешали обычные ингредиенты, применили мягкий нагрев и использовали широко доступные материалы. Никаких редкоземельных элементов, никаких экзотических химикатов — просто умная наука, встречающаяся с материалами старого образца.

Заимствуя у Матушки-Природы

Здесь становится по-настоящему интересно. Исследователи изучили, как наш организм строит кости. Да, вы прочитали правильно. Специализированные белки помогают создавать скопления кальциевых соединений, которые придают нашему скелету прочность и структуру.

Учёные задались вопросом: можно ли адаптировать тот же подход для создания крошечных кластеров никеля и железа для батареи?

Они соединили белки (полученные, ни много ни мало, от коров) с оксидом графена — сверхтонким двумерным материалом — а затем сильно нагрели смесь. Это привело к обугливанию белков, удалению кислорода и образованию невероятно мелких металлических кластеров. Речь идёт о кластерах шириной всего 5 нанометров. Некоторые из них были буквально толщиной в один атом.

Результат? Аэрогелевая батарея, на 99% состоящая из воздуха по объёму. Это звучит почти невозможно, но математика подтверждает этот факт.

Почему размер так важен

Здесь наука становится по-настоящему крутой. Когда вы уменьшаете частицы до наноразмера, их площадь поверхности резко возрастает. Представьте, что вы ломаете шоколадку на мелкие кусочки — количество шоколада остаётся тем же, но площадь поверхности значительно увеличивается.

В батарее большая площадь поверхности означает больше мест для протекания химических реакций. Это приводит к более быстрой зарядке, более быстрой разрядке и общей эффективности.

Новая батарея может заряжаться за секунды и выдерживать до 12 000 циклов зарядки. Для сравнения, батарея вашего смартфона, вероятно, выдерживает несколько сотен циклов, прежде чем начнёт заметно деградировать. Это устройство можно заряжать и разряжать ежедневно более 30 лет, и оно всё ещё будет работать.

В чём подвох?

Ничто не идеально, и эта батарея не заменит литий-ионные ячейки в вашем Tesla или iPhone. Она пока не может хранить столько же энергии на фунт веса, сколько литий-ионные технологии, по крайней мере, на данный момент.

Но вот в чём суть — наши потребности в энергии выходят далеко за рамки личных устройств. Мы говорим о накоплении энергии для целых солнечных электростанций, обеспечении работы дата-центров и резервном питании для больниц и городов. Это огромные, сложные задачи, с которыми литий-ионные батареи справляются с трудом, особенно при