Исследователи из Стенфордского университета лаборатории SLAC разработали технологию сохранения электрической энергии, позволяющую в 5 раз повысить емкость аккумуляторов по сравнению с самыми емкими на сегодняшний день литий-ионными устройствами. Кроме того, новая технология позволяет сохранять высокую эффективность элементов питания даже после 1000 циклов перезаряда, в то время как литий-ионные снижают эффективную емкость до 80% уже после 500 циклов. Благодаря таким результатам появляется реальная перспектива создания нового поколения аккумуляторов: емких, долговечных и легких.
Добиться этого удалось применением специальной конструкции катода, напоминающей яичный желток в скорлупе. Ученым было известно, что сера может хранить гораздо большее количество ионов лития, и, соответственно, гораздо больше энергии, чем существующие электроды. Однако, использованию серы мешали две проблемы. Во-первых, при поглощении электродом ионов лития во время зарядки происходит связывание их с атомами серы, в результате чего образуются промежуточные соединения, ограничивающие емкость аккумулятора. Во-вторых, приток ионов приводит к расширению объема катода на 80%, а это вызывает растрескивание защитных покрытий электродов и сокращение срока эксплуатации аккумулятора.
Предлагаемая учеными технология предполагает создание электрода из наночастиц размером 800 нанометров. Фактически это крошечная частица серы, помещенная в твердую пористую оболочку из диоксида титана, аналогично желтку, находящемуся в скорлупе. Между «желтком» и оболочкой имеется пустое пространство, обеспечивающее сере беспрепятственное расширение. В процессе разрядки ионы лития проникают сквозь «скорлупу» и связываются с серой, которая расширяясь, заполняет пустующее пространство, не разрывая оболочку. Оболочка же, в свою очередь, защищает серный «желток» от образования промежуточных соединений.
В ходе проведенных экспериментов новый элемент питания сохранил после 1000 циклов перезаряда более 70% начальной емкости, что намного превышает показатели современных самых совершенных аккумуляторов. Далее ученые предполагают провести эксперименты с добавлением в «желток» кремния и других материалов.