ВизиЯ Наука и технологии Работа костного мозга подсказала ученым, как делать батарейки

Костный мозг для батареек

Если вы думаете, что король электроники – это iPhone Apple, планшет Samsung или холодильник Бирюса, то это не так. Король электроники – это литий-ионная батарея! Именно такие аккумуляторы питают всё – от смартфонов до беспилотных автомобилей. Но у этих батарей есть серьезные проблемы с перегревом, что может приводить даже к взрыву.

Батарейки нового поколения

За последнее десятилетие, в целях разработки более безопасных и эффективных решений, ученые работали в поисках дешёвой альтернативы литиевым батареям – аккумуляторам на основе натрия. Но катоды – электроды, которые переносят электроны через батарею – для натриевых батарей, как известно, нестабильны.

Для решения этой проблемы корейские любители натрия обратили внимание на один богатый природный ресурс: человеческое тело! А если быть точнее, то кости млекопитающих.

Оказалось, что кости млекопитающих – отличная модель для материала катодов батарей, так как у них двойная текстура: снаружи кости состоят из твердого, в основном негибкого кальция, а внутренняя часть кости – костный мозг – гораздо более губчатая, гибкая и мягкая. То есть кость – это отличный пример мягко-твёрдого композитного материала, который может сгибаться при нагрузке и в то же время структурно выдерживать нагрузку на тело. Такая структурная целостность – это именно то, чего не хватает натриевым батареям.

Вот исследователи и последовали лекалам природы и создали биомиметический катод из полианионного композитного материала Na₃V₂(PO₄)₃ (или NVP) и восстановленного оксида графена. Пористая система из NVP имитировала костный мозг, а роль прочной внешней кости из кальция досталась оксиду графена. На картинке непосредственно сам материал.

Тестирование стабильности нового костеподобного катода показало впечатляющий прирост стабильности и общее продление срока службы батареи. Такая аккумуляторная батарея способна заряжаться на сверхвысокой скорости всего за 3,6 секунды и может сохранять 91% своей ёмкости после 10 000 циклов зарядки. Для сравнения, литиевые батареи обычно служат от 400 до 1200 циклов.

Так что помни, для некоторых костный мозг – в это деликатес, который можно повысасывать из косточки, но для корейских учёных костный мозг стал важным источником вдохновения при создании мягко-твёрдого композитного материала для батарей нового поколения.