У зв'язку із зростанням популярності альтернативних джерел енергії та розвитком ринку електричного транспорту виникає проблема створення величезної кількості акумуляторів і підвищення їх ефективності. Але один з основних матеріалів для створення електричних батарей - літій - може стати головним каменем спотикання у всій індустрії нової екологічно чистої енергетики. Справа в тому, що запаси «нової нафти» можуть вичерпатися раніше, ніж ми встигнемо відмовитися від всіх двигунів внутрішнього згоряння.
У журналі The Engineer наводиться інформація про недавню розробку з використанням фосфору, завдяки якій можуть стати реальністю швидкозарядні, високоємнісні акумуляторні батареї - пристрої, які отримують електрику від спалювання відходів.
Вчені з Університетського коледжу Лондона (UCL), що працюють з міжнародною командою, виготовили гнучкі нанострічки з кристалічного фосфору, які на їхню думку, можуть застосовуватися у різних областях, пов'язаних з акумулюванням енергії і електронікою. У статті, опублікованій в журналі Nature, вчені з UCL спільно з командою дослідників з Університету Брістоля (University of Bristol) у Великобританії, Університету Співдружності Вірджинії (Virginia Commonwellth University) в США і Федеральною політехнічною школою Лозанни (Ecole Polytechnique Federale de Lausanne) в Швейцарії описали, як крихітні стрічки фосфору були отримані випадковим чином. Вчені намагалися виготовити двухрозмірні листи з фосфорного еквівалента графена - шляхом змішування чорного фосфору з іонами літію, розчиненими в рідкому аміаку при температурі - 50°C. Після закінчення 24 годин вони видалили аміак і замінили його органічним розчинником. Як розповідає один з авторів дослідження, д-р Кріс Ховард (Chris Howard) з UCL, вони виявили, що замість листів вони виготовили стрічки. У той же час стали з'являтися статті про дійсно цікаві, корисні і екзотичні властивості, які могли б бути реалізовані, якби хто-небудь зміг створити фосфоренові стрічки. Вчені налаштовували процес допоки вони не змогли отримати зразки, в яких більшу частину змісту становили стрічки. Виключно плоскі, кристалічні і надзвичайно гнучкі стрічки утворюються з типовою товщиною в один атомний шар товщиною 4-50 нм і довжиною до 75 мкм. Перший автор статті, пан Мітч Уоттс (Mitch Watts) з кафедри фізики і астрономії UCL, зазначив, що змінюючи ширину або число шарів стрічки, можна було дійсно змінити електронні властивості матеріалу для використання в особливих умовах.
Використовуючи передові методи візуалізації, вчені дуже докладно охарактеризували стрічки, більшість з яких мають товщину лише в один шар атомів, але там, де стрічка складається більш ніж з одного шару фосфору, вони виявили плавні переходи між 1-2-3-4 шарами, де стрічка розщеплюється, і кожен шар має різні електронні властивості.
Використання фосфоренових стрічок всередині батарей могло б привести до створення пристроїв з виключно швидкою дифузією іонів літію, в результаті чого буде досягнуте швидке заряджання. Ємність батарей, що містять фосфоренові стрічки, могла б в два рази перевищувати ємність традиційних пристроїв на основі літієвих іонів. Було підраховано, що цей матеріал має дуже високий показник якості, він може перетворювати відпрацьоване тепло в електрику, а висока гнучкість означає, що його можна використовувати для живлення пристроїв. До інших властивостей нанострічок відноситься їхня здатність розщеплювати воду на кисень і водень під впливом світла, тому вони могли б також використовуватися в оптоелектроніці та наноелектроніці.
Розроблені вперше в світі міжнародною командою вчених гнучкі стрічки з кристалічного фосфору можуть стати проривом в області електричних акумуляторів, так як можна управляти їх провідністю, і надавати їм практично будь-яку форму. Рифлена структура фосфоренових стрічок означає, що заряджені іони, які живлять батареї, можуть рухатися в 1000 разів швидше, ніж це можливо сьогодні. Це буде означати істотне скорочення часу заряджання при збільшенні ємності приблизно на 50%.
На думку розробників, можливі галузі застосування включають батареї, сонячні елементи, термоелектричні пристрої (для перетворення відпрацьованого тепла в електрику), фотокаталіз, наноелектроніку і квантові обчислення. Крім того, вони пророкують появу «екзотичних» ефектів, включаючи новий магнетизм, хвилі спінової щільності і топологічного стану. Відкриття фосфоренових стрічок також може привести до переходу на використання іонів натрію замість іонів літію в майбутньому, що означає позитивні зміни в області розвитку електричних джерел енергії. Натрій, як і фосфор, знаходиться в надлишку в земній корі і в морській воді, і, на відміну від літію їх видобуток набагато простіший і дешевший.
За додатковою інформацією звертайтесь у відділ електротехніки та обладнання для енергетики Компанії СЕА за телефом +38 (044) 330-00-88 або надсилайте запити на електронну пошту: info@sea.com.ua.
