Американские инженеры разработали литиевые микробатареи, которые по мощности и скорости зарядки могут сравниться с лучшими суперконденсаторами (ионисторами) и при этом сохраняют высокую емкость химических источников питания. Работа с описанием устройства опубликована в журнале Nature Communications, а ее краткое содержание можно прочитать на сайте Университета Иллинойса.
Микробатареи имеют сложную трехмерную структуру. Главные анод и катод соединяются подобно двум микроскопическим гребенкам на стеклянной подложке. При этом «зубья» этих «гребенок», имеют регулярную пористую структуру. Анод создан из сплава олова и никеля, а катод представляет собой марганцевую соль лития.
Сложная регулярная микроструктура позволяет реакциям на поверхности микробатарей проходить очень быстро. За счет этого достигается крайне высокая мощность (7.4 милливатт на квадратный сантиметр на микрометр толщины) и большая сила тока - в 2000 раз больше, чем у других химических батарей. По этому параметру такие батареи не уступают даже лучшим ионисторам, в которых вовсе не происходит химических реакций, а энергия запасается в виде напряженности электрического поля между обкладками суперконденсатора.
Существующие на сегодняшний день источники питания либо способны обеспечить высокую мощность и ток на короткое время, но не могут запасать много энергии (конденсаторы, ионисторы), либо обладают высокой энергетической емкостью, но не могут быстро «выдать» эту запасенную энергию (топливные элементы, химические батареи). Разработка авторов статьи направлена на то, чтобы соединить достоинства тех и других.
Литий-ионные батареи являются наиболее распространенным типом источника питания для современной электроники. Недавно их емкость удалось увеличить за счет использования на поверхности анода нанокристаллов, которые выступили в качестве губки для ионов лития.