В Национальной лаборатории Sandia (США) создана тестовая версия самой маленькой батареи в мире. Это перезаряжаемый литиевый аккумулятор, анод которого состоит из одного нанопровода, который в семь тысяч раз тоньше человеческого волоса.
Сборка батареи велась внутри просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ) в Центре комплексных нанотехнологий Министерства энергетики, которым Sandia управляет совместно с Лос-Аламосской национальной лабораторией.
Анод изготовлен из оксида олова. Его диаметр составляет 100 нм, а длина — 10 мкм. Катод в 3 мм длиной из оксида кобальта выглядит на его фоне чудовищем из другого мира. Не обошлось без электролита в виде ионной жидкости. Устройство позволяет непосредственно наблюдать изменения атомной структуры во время зарядки и разрядки.
Из-за высокого уровня шума, генерируемого измерительными приборами, измерить силу тока не удалось. По оценкам ученых, она составила 1 пикоампер.
Это, разумеется, слишком мало, чтобы заставить работать электронные гаджеты, однако данная разработка станет прототипом для принципиально новых сверхкомпактных источников питания.
В процессе работы над аккумулятором неожиданно выяснилось, что нановолокно из оксида олова почти удваивается в длину во время зарядки — гораздо больше, чем в диаметре. Этот факт поможет избежать короткого замыкания и продлить срок службы батареи. Ранее повсеместно считалось, что колебания испытывает в первую очередь диаметр.
По словам руководителя группы разработчиков Цзяньюя Хуана, эксперимент затеян ради исследования процессов зарядки и разрядки аккумулятора в режиме реального времени и в атомном масштабе в целях понимания фундаментальных принципов работы батарей.
Последнее имеет большое практическое значение, ибо ионно-литиевые батареи на основе нанопроволоки предлагают новые возможности для повышения мощности и плотности энергии по сравнению с более объёмными электродами. Соответственно, более строгое изучение их операционных свойств должно привести к появлению новых поколений электромобилей, ноутбуков, мобильных телефонов и проч.
Наноматериалы уже активно используются в качестве анодов, но в массиве, а не индивидуально. По мнению ученых, это все равно что, глядя на лес, пытаться понять особенности отдельных деревьев.