Дослідники відродили технологію батареї, розроблену Томасом Едісоном, не для автомобілів, як він колись припускав, а для стабілізації джерел поновлюваної енергії. Новий прототип, описаний у журналі Small, демонструє нікель-залізну батарею, яка перезаряджається за секунди і служить більше 30 років при щоденному використанні – більше 12 000 циклів.
Рання епоха електрики та бачення Едісона
Електромобілі – не сучасний винахід. До 1900 року електрогібридні автомобілі перевершували за кількістю бензинові моделі в Сполучених Штатах. Сам Едісон запатентував свинцево-кислотний автомобільний акумулятор у 1901 році, майже заклавши основу для 20 століття, що працює на електриці. Однак більш висока вартість і обмежений запас ходу (близько 48 кілометрів) зрештою схили чашу терезів на користь двигуна внутрішнього згоряння. Наступні зусилля Едісона з розробки нікель-залізного наступника не увінчалися повним успіхом.
Нова електростанція для відновлюваної енергетики
Сьогодні, коли зміна клімату стимулює перехід до відновлюваної енергії, занедбана концепція Едісона переживає відродження. Літій-іонні акумулятори домінують на ринку, але нікель-залізні пропонують переваги для зберігання енергії в масштабах енергосистеми. Дослідники з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі (UCLA) виявили, що ця технологія чудова в умовах, де критично важлива швидка зарядка та довговічність, наприклад, на сонячних електростанціях та центрах обробки даних.
Біомімікрія в наномасштабі
Прорив ґрунтується на біоінспірованому підході. Команда під керівництвом Махера Ель-Каді та Ріка Канера надихалася тим, як формуються кістки та раковини: білки спрямовують розташування мінералів для створення міцних, але гнучких структур. Вони адаптували цей принцип, використовуючи білки, отримані з відходів м’ясної промисловості, посилені оксидом графену, щоб служити каркасом атомів нікелю і заліза.
Процес включає нагрівання матеріалу для видалення кисню з оксиду графену, впроваджуючи металеві кластери майже на 99% заповнений повітрям аерогель. Це різко збільшує площу поверхні, забезпечуючи швидшу зарядку, більш високу ефективність та більшу ємність зберігання. Як пояснює Ель-Каді, “майже кожен окремий атом може брати участь у реакції” на цьому наномасштабному рівні.
За межами літію: Стійка альтернатива
Нова нікель-залізна батарея поки що не відповідає літій-іонній за щільністю енергії для транспортних засобів. Але її швидка зарядка, тривалий термін служби та використання багатих матеріалів — уникаючи рідкісних земних металів — роблять її ідеальною для стабілізації мереж відновлюваної енергії. Батарея може швидко поглинати надмірну сонячну енергію протягом дня та вивільняти її вночі, або забезпечувати резервне харчування для критичної інфраструктури.
Це нововведення – більше, ніж просто хімічний експеримент. Це демонстрація того, що забуті технології можуть знайти нове життя в мінливих енергетичних ландшафтах. Простота процесу – змішування доступних інгредієнтів і застосування тепла – дозволяє припустити, що ця забута батарея скоро буде мати більш стійке майбутнє.
