Ренесанс на класиката: Стар патент на Томас Едисон се превърна в основата на никел-желязна батерия с ресурс от 30 години

Международен екип от учени, ръководен от професор Ричард Канер от Калифорнийския университет в Лос Анджелис (UCLA), представи подобрен прототип на никел-желязна батерия, чийто дизайн се основава на изобретението на Томас Едисон отпреди един век. Чрез използването на нанотехнологии инженерите са успели да отстранят основния недостатък на първоначалния дизайн – ниската скорост на зареждане, като същевременно са запазили изключителната ѝ издръжливост. Новата батерия може да бъде заредена за няколко секунди и да издържи повече от 12 000 цикъла на зареждане без значителна загуба на капацитет. Според разработчиците експлоатационният живот на устройството при ежедневна употреба надхвърля 30 години.

Оригиналната никел-желязна (Ni-Fe) батерия е патентована от Едисон в началото на 20-ти век като надежден източник на енергия за електрически автомобили. Въпреки високата си издръжливост и безопасност, технологията губи пазара за сметка на оловно-киселинните, а по-късно и на литиево-йонните батерии поради бавното натрупване на заряд и ниския специфичен енергиен капацитет.

Професор Ричард Канер и д-р Махер Ел-Кади решават този проблем, като променят структурата на електродите на атомно ниво. Вместо стандартни пластини изследователите използват триизмерна графенова структура, върху която са нанесени никелови и железни наночастици. За прецизното разпределение на металните клъстери са използвани протеини, които създават високопроводима мрежа. Това е увеличило активната повърхност и е ускорило химичните реакции с порядъци.

Високата производителност на батерията се дължи на огромната специфична повърхност – това позволява процесът на зареждане да бъде значително ускорен.

Според резултатите от тестовете новият прототип е в състояние да се зарежда около 1000 пъти по-бързо от традиционните аналози – процесът отнема само секунди. В същото време устройството може да издържи повече от 12 000 цикъла на зареждане и разреждане практически без загуба на капацитет. В режим на ежедневно презареждане такъв ресурс е еквивалентен на повече от 30 години експлоатация, което е значително по-високо от показателите на съвременните литиево-йонни батерии, чийто експлоатационен срок рядко надхвърля 3-5 години.

Основното предимство на разработката е отказът от скъпите литий и кобалт в полза на широко разпространените и евтини никел и желязо. Това прави технологията перспективна не само за електрическия транспорт, но и за стационарни системи за съхранение на енергия – например за изглаждане на пиковите натоварвания в електропреносните мрежи и за съхранение на енергията от слънчевите панели.

Въпреки че Ni-Fe батериите са по-тежки и обемни от литиевите (което ги прави неподходящи за смартфони), техният огромен ресурс и ниска цена за целия период на експлоатация ги превръщат в най-сериозния кандидат за „гръбнак“ на бъдещата въглеродно неутрална енергетика.