Исследователи возродили технологию батареи, разработанную Томасом Эдисоном, не для автомобилей, как он когда-то предполагал, а для стабилизации источников возобновляемой энергии. Новый прототип, описанный в журнале Small, демонстрирует никель-железную батарею, которая перезаряжается за секунды и служит более 30 лет при ежедневном использовании — более 12 000 циклов.
Ранняя эпоха электричества и видение Эдисона
Электромобили — не современное изобретение. К 1900 году электрогибридные автомобили превосходили по численности бензиновые модели в Соединенных Штатах. Сам Эдисон запатентовал свинцово-кислотный автомобильный аккумулятор в 1901 году, почти заложив основу для 20-го века, работающего на электричестве. Однако более высокая стоимость и ограниченный запас хода (около 48 километров) в конечном итоге склонили чашу весов в пользу двигателя внутреннего сгорания. Последующие усилия Эдисона по разработке никель-железного преемника так и не увенчались полным успехом.
Новая электростанция для возобновляемой энергетики
Сегодня, когда изменение климата стимулирует переход к возобновляемой энергии, заброшенная концепция Эдисона переживает возрождение. Литий-ионные аккумуляторы доминируют на рынке, но никель-железные предлагают преимущества для хранения энергии в масштабах энергосистемы. Исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) обнаружили, что эта технология превосходна в условиях, где критически важны быстрая зарядка и долговечность, например, на солнечных электростанциях и в центрах обработки данных.
Биомимикрия в наномасштабе
Прорыв основан на биоинспирированном подходе. Команда под руководством Махера Эль-Кади и Рика Канера вдохновлялась тем, как формируются кости и раковины: белки направляют расположение минералов для создания прочных, но гибких структур. Они адаптировали этот принцип, используя белки, полученные из отходов мясной промышленности, усиленные оксидом графена, чтобы служить каркасом для атомов никеля и железа.
Процесс включает нагревание материала для удаления кислорода из оксида графена, внедряя металлические кластеры в почти на 99% заполненный воздухом аэрогель. Это резко увеличивает площадь поверхности, обеспечивая более быструю зарядку, более высокую эффективность и большую емкость хранения. Как объясняет Эль-Кади, «почти каждый отдельный атом может участвовать в реакции» на этом наномасштабном уровне.
За пределами лития: Устойчивая альтернатива
Новая никель-железная батарея пока не соответствует литий-ионной по плотности энергии для транспортных средств. Но ее быстрая зарядка, долгий срок службы и использование обильных материалов — избегая редких земных металлов — делают ее идеальной для стабилизации сетей возобновляемой энергии. Батарея может быстро поглощать избыточную солнечную энергию в течение дня и высвобождать ее ночью, или обеспечивать резервное питание для критической инфраструктуры.
Это новшество — больше, чем просто химический эксперимент. Это демонстрация того, что забытые технологии могут обрести новую жизнь в меняющихся энергетических ландшафтах. Простота процесса — смешивание легкодоступных ингредиентов и применение тепла — позволяет предположить, что эта забытая батарея скоро будет питать более устойчивое будущее.
