Нанореволюция батареек

Недавнее достижение химической науки должно принести только пользу — благодаря ему гораздо дольше смогут работать ноутбуки, фотокамеры и мобильные телефоны.

Институт электрохимии имени А. Н. Фрумкина и еще несколько лабораторий по всему миру объявили о создании нового типа аккумулятора. В нем использованы так называемые нанокристаллы кремния, в десятки раз увеличивающие емкость литий-ионных батареек. А ведь именно от них питается вся мобильная электроника.

Аккумулятор сотового телефона, севший в самый неподходящий момент, хоть раз подводил каждого. На новых же батарейках мобильник будет работать несколько недель, если не месяцев.

Скоро ли чудо-техника появится в продаже и как она работает, разобрался корреспонжент НТВ Сергей Малозёмов.

Модная новинка — сканер отпечатков пальцев на мобильном телефоне. Не владелец позвонить не сможет. Удобно, но батарейка с появлением этой функции стала разряжаться еще быстрее. На всё нужна энергия.

Олег Лебедев, главный редактор журнала об электронике, каждый день лично испытывает новые мобильники, коммуникаторы, ноутбуки. И теперь он с нетерпением ждет супербатареек.

Олег Лебедев, главный редактор журнала об электронике: «Чем машинка функциональнее, тем меньше она живет от аккумулятора. Единственный вариант решения проблем — не пользоваться дополнительными функциями, но тогда зачем за них платить, зачем покупать?»

В лаборатории института электрохимии каждый день, закончив опыты, гасят в воде остатки едкого лития, главного металла современных аккумуляторов. Именно его ионы накапливают энергию, как бы прячась в графитовый электрод. Чем больше туда набьется лития, тем дольше батарейка не сядет.

Еще несколько лет назад ученые обнаружили: если графит заменить на кремний, то емкость существенно возрастает. Пространство между слоями у кремния куда больше. Впрочем, сначала это была бишь теория.

Алексендр Скуднин, заведующий лабораторией процессов в химических источниках тока Института электрохимии имени А. Н. Фрумкина РАН: «Обычный кристаллический кремний, который везде используется в солнечных элементах и других устройствах, совершенно не годится. Он разрушается при этой работе, превращается в пыль».

Профессор Александр Скуднин вспоминает: добиться прорыва химикам помогли физики, которые придумали заменить обычный кремний на его нанокристаллы.

При увеличении в сотни тысяч раз они превращаются в тонкие и очень прочные нити. Их ученые называют по-английски — вискеры, то есть усики. Их получают при высокой температуре, давлении и влажности.

«Если взять объемный кристалл и попробовать его изогнуть на такой же угол, он сломается. А вискер не ломается», — рассказывает специалист.

Алексей Каршев из МГУК поясняет: чтобы работать с нанокристаллами, необходимо очень дорогое оборудование. У нас его только начали закупать, поэтому конкуренты из Японии, США и Китая, вероятно, выпустят в продажу готовые батарейки раньше — уже через несколько месяцев. В России пока есть только лабораторные образцы, хотя и они впечатляют.

Медные пластинки с кремниевой нанопленкой — это и есть новые электроды. Благодаря им сотовый телефон будет жить месяцы, а заряжаться минуты. Есть, правда, нерешенная проблема — новые батарейки слишком быстро приходят в негодность, выдерживают всего 200 зарядок. Но над этим специалисты сейчас бьются.

Подобная революция батареек — хороший пример того, как много может чистая фундаментальная наука. Уже полвека ученые в разных странах, в том числе нашей, выращивают и изучают нанокристаллы кремния.

Долгое время было непонятно, как это применить на практике. Но потом знаний накопилось столько, что их количество по классической формуле переросло в качество — новое качество нашей жизни.

Впрочем, пока эти аккумуляторы не продаются. И любителю электронных новиков Лебедеву приходится носить с собой тяжелую и неудобную резервную батарейку. Только она на время реанимирует севший телефон или карманный компьютер.

Олег Лебедев, главный редактор журнала об электронике: «Это не решение. И штука довольно такая громоздкая, увесистая, ее надо с собой носить, ее надо не забывать заряжать и так далее и тому подобное».

Ждать супербатареек осталось максимум год-два, и оснастят ими не только мобильники. Крохотные источники тока будут питать и сверхзащищенные кредитные карты, и кардиостимуляторы, и даже искусственную сетчатку — электронный заменитель глаза. По сути маленькая видеокамера уже существует, не хватало лишь подходящей батарейки.