Ученые из Университета штата Мэриленд (США) сделали "зеленую" батарею с помощью дерева и олова. Описание проекта напоминает затею в духе "сделай-сам", но все намного сложнее: элементы протестированного исследователями аккумулятора в тысячу раз тоньше, чем лист бумаги.

Вместо того чтобы использовать литий, который содержится во многих современных аккумуляторах, ученые применили натрий, чтобы воплотить в реальность свою задумку и создать максимально экологически чистую батарею. В отличие от литиевых батарей, натриевые не способны столь эффективно удерживать энергию. Вместо этого, эти батареи идеально подходят для хранения больших объемов энергии на протяжении коротких промежутков времени, что отлично вписывается в парадигму солнечных электростанций, которые характеризуются частыми всплесками и спадами мощности.

Большинство батарей, как правило, разрабатывается при использовании жесткой подложки, которая является слишком хрупкой, чтобы эффективно противостоять силам, возникающим при набухании и усадке катода и анода (электроды батареи меняют свой объем при зарядке и разрядке батареи). Но ученые из Университета штата Мэриленд обнаружили, что древесные волокна являются достаточно гибкими, выступая в качестве подложки, чтобы их натрий-ионный аккумулятор мог выдерживать более 400 циклов зарядки / разрядки. Срок службы новинки позволил ей стать одной из самых "долгоиграющих" нанобатарей.

"Работая над этим проектом, мы вдохновлялись обычными деревьями", сказал Лианбин Ху, доцент кафедры материаловедения в Университете штата Мэриленд. "Древесные волокна, из которых и состоит дерево, могут накапливать богатую минералами воду, и поэтому они идеально подходят для хранения жидких электролитов. В итоге они могут стать не только основанием, но и активной частью батареи".

Ученые обнаружили, что после сотни циклов зарядки и разрядки натрий-ионного аккумулятора дерево покрывалось складками, но все еще могло эффективно выполнять свою роль. С помощью компьютерного моделирования они узнали, что складки помогают уменьшить нагрузки на батарею во время зарядки и разрядки, поэтому аккумулятор и способен выдерживать сотни циклов перезарядки.

По словам Тэнга Ли, доцента кафедры машиностроения в Университете штата Мэриленд, "прохождение ионов натрия через оловянный анод часто ослабляет связи олова с подложкой", но ученые обнаружили, что древесные волокна оказались достаточно гибкими, чтобы выступать в качестве механического буфера, минимизируя изменения в структуре олова.

"Мягкая и мезопористая подложка из древесных волокон может быть использована в качестве новой платформы для создания дешевых натрий-ионных батарей," отмечают ученые в статье для издания Nano Letters.