Ученые создали «самозаряжающийся» акуумулятор
Исследователи из Университета Порту и Техасского университета в Остине представили батарею с довольно простой конструкцией, которая, тем не менее, сочетает в себе отрицательные емкость и сопротивление. Это позволяет аккумулятору не терять энергию при длительном хранении. Соответствующая статья опубликована в журнале Applied Physics Reviews.
Сегодня одной из основных проблем в индустрии устройств хранения энергии является потеря их заряда со временем и падение емкости с ростом циклов заряда-разряда. Это происходит за счет деградации электролита и постепенного выделения энергии в виде тепла в окружающую среду.
Однако авторам новой работы, среди которых и лауреат Нобелевской премии 2019 года Джон Гуденаф, удалось создать такое устройство, которое, благодаря самозацикливанию практически не теряет энергии с течением времени. Этот аккумулятор состоит из двух электродов — алюминиевого и медного — и литиевого или натриевого стеклянного сегнетоэлектрического электролита между ними. По словам авторов, их электролит может локально изменять свой состав и формировать конденсаторы, которые могут хранить энергию и выравнивать уровни Ферми в устройстве.
В батарее разомкнутая цепь разности потенциалов между электродами обусловлена необходимостью выравнивания уровней Ферми — меру энергии наименее плотно удерживаемых электронов внутри твердого тела. Она также отвечает за полярность электродов. Химические реакции происходят позже и «питаются» этой электрической потенциальной энергией, хранящейся в конденсаторах.
Эта работа важна, потому что она объединяет теорию всех твердотельных устройств, таких как батареи, конденсаторы, фотовольтаика и транзисторы, в которых различные материалы в контакте друг с другом проявляют свойства объединенного материала, а не отдельных веществ.
Эти батареи можно использовать для коммуникаций на низких частотах и в таких приборах как проблесковые маячки, источники звукового сигнала, осцилляторы, инверторы, импульсные источники питания и цифровые преобразователи, а также для применения в современных компьютерных системах. Также разработка позволит повысить автономность существующих устройств хранения энергии.