В колонках играет - что-то нежное
Настроение сейчас - хорошее

Эти маленькие устройства превращают химическую энергию в электрическую

 

Сколько батареек сейчас вокруг вас? Если вы читаете это на смартфоне или iPad, это одно. Если поблизости есть портативный компьютер, то это два. Если вы носите часы или FitBit, то это три. Пульт для телевизора? Там, наверное, две батарейки. Чем больше ищешь, тем больше находишь. Батарейки питают предметы, которые мы используем каждый день, от ховербордов и электронных скутеров до телефонов в наших карманах.

   Батарейки - это устройства, преобразующие химическую энергию в электрическую. Материалы внутри батарейки теряют электроны - крошечные отрицательно заряженные частицы. Эти электроны текут к другому материалу в батарее. Поток электронов - это электрический ток. И этот ток питает ваше устройство. Батареи настолько важны, что ученые, создавшие их, получили Нобелевскую премию.

 

 Хотя батарейки полезны, они также могут быть опасными. Жидкости и пасты внутри, которые помогают создавать ток, могут загореться - с очень опасными последствиями. Сейчас ученые работают над созданием безопасных и мощных батарей. Они также находят новые способы создания электрического тока. Некоторые устройства однажды могут работать от электрического тока, вырабатываемого вашим потом. Также возможно использование бактерий.

 

 Литий-ионная революция

 

Литий-ионные аккумуляторы есть везде. Они есть в сотовых телефонах, портативных компьютерах и даже игрушках. Крошечные батарейки питают переносную электронику. Эти батарейки «действительно произвели революцию в нашем мире», - говорит Нил Дасгупта. Он инженер-механик в Мичиганском университете в Анн-Арборе. Некоторые автопроизводители начинают заменять бензиновые двигатели литий-ионными батареями. Это может позволить нам использовать возобновляемые источники энергии для заправки наших автомобилей, отмечает Дасгупта.

 

Технология настолько важна, что ученые, добившиеся ключевых достижений, получили Нобелевскую премию по химии 2019 года.

  Но есть и недостатки

 

Тепловой разгон

 

Литий-ионный аккумулятор может перегреться, если у него слишком много или слишком мало заряда. Разработчики аккумуляторов используют компьютерный чип для контроля уровня заряда. Когда заряд батареи вашего устройства составляет 5 процентов, значит, он не совсем разряжен. Но если батарея разряжается сильнее или заряжается слишком сильно, могут возникнуть опасные химические реакции.

 

Одна из этих реакций образует металлический литий на аноде (вместо того, чтобы накапливать ионы лития внутри анода). «Это на самом деле может вызвать горячие точки. И [металл] может реагировать с электролитом », - объясняет Дживараджан. Другая реакция высвобождает кислородный газ из катода. По его словам, это сочетание тепла и легковоспламеняющегося электролита - «действительно хорошая комбинация для появления огня».

  Батарея, которая не загорится

 

Спенсер Ланжевен подносит паяльную лампу к электролиту батареи размером с монету. При температуре около 1800 ° C (3272 ° F) слой геля потрескивает, как карамельная корочка на десерте из крем-брюле 

 

Этот электролит, материал, который позволяет ионам лития перемещаться внутри батарей, не загорается при поджоге пламенем. Он был разработан исследователями Лаборатории прикладной физики Джона Хопкинса.

 

  Этот звук - вода в кипящем электролите, объясняет химик. Ланжевен - часть команды, создавшей электролит. Они работают в Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса в Лореле, штат Мэриленд. Материал электролита светится как ракета. Это из-за содержащегося в нем лития. Но этот материал не горит.

 

Ланжевен и его команда описали этот новый электролит в журнале Chemical Communications от 11 ноября 2019 года.

 

Наконечник факела намного горячее, чем температура, достигаемая при тепловом разгоне, отмечает химик Адам Фриман. Он также работает в лаборатории в Лореле. Если батареи содержат этот электролит, «по крайней мере, все это не будет служить источником топлива», - говорит он.

 

Команда показала, что они могут отрезать обгоревшую часть батареи, и элемент продолжает работать. Даже после того, как он был разрезан, он по-прежнему выделяет достаточно энергии для работы небольшого вентилятора. Они нарезали клетки. Их окунули в воду. Они даже пробили в них дыры из авиационной пушки, чтобы имитировать выстрелы. Даже эта огневая мощь не заставила их загореться.

 

Электролит основан на гидрогеле. Это разновидность водолюбивого полимера. Химики обычно держатся подальше от воды при изготовлении батарей. Вода ограничивает диапазон напряжения батареи. Если напряжение становится слишком высоким или слишком низким, сама вода становится  опасной.

  

  В будущем: больше подзарядок

 

Одна большая цель для исследователей, работающих с водой в соли и твердыми электролитами, - увеличить количество раз, когда их батарейки можно перезарядить. Литий-ионные аккумуляторы медленно теряют способность удерживать заряд. Батарея iPhone может заряжаться и разряжаться около 750 раз за несколько лет. Команда Ланжевена пока сообщила только о 120 таких циклах для батареи с ее электролитом. Эта группа стремится к тому, чтобы проработать тысячи циклов.

 

Каждому хотелось бы иметь небольшие и легкие аккумуляторы, которые обеспечивают более длительное питание их телефонов и служат годами. Но мы не можем забыть о случайных авариях с аккумулятором, например, о том, что поджег дом семьи Махони. Поскольку инженеры и ученые стремятся вложить в батареи больше энергии, безопасность остается ключевой целью.