Учёные разработали фильтр толщиной в атом, который значительно увеличивает срок службы литий-серных аккумуляторов, перспективных для электротранспорта. Исследователи из Университета Флориды, Университета Пердью и Университета Вандербильта представили инновационное решение, позволяющее батареям сохранять стабильную энергоёмкость на протяжении более чем 150 циклов зарядки и разрядки.
Ключевой проблемой литий-серных аккумуляторов, которые способны хранить больше энергии при меньшем весе по сравнению с традиционными литий-ионными, было поведение серы. В процессе работы сера образует длинные цепи, которые засоряют батарею и приводят к быстрой потере мощности.
Новый фильтр, сделанный из графена толщиной в один атом, действует как молекулярное сито. Он свободно пропускает ионы лития, но блокирует более крупные серные цепи. Исследователи поясняют, что этот принцип похож на работу микроскопического кофейного фильтра или вышибалы в клубе, который пропускает одних и задерживает других. Технология изготовления фильтра включает химическое осаждение из паровой фазы, в результате чего на медной фольге создаётся графеновая плёнка с точно калиброванными отверстиями. В ходе испытаний батареи с таким фильтром практически не теряли свою ёмкость, в то время как обычные литий-серные аккумуляторы быстро деградировали.
Это достижение открывает значительные перспективы не только для потребительской электроники, такой как смартфоны и дроны, но и для электрического транспорта. Более лёгкие и энергоёмкие батареи особенно критичны для грузовиков, поездов и кораблей, где вес самой батареи становится существенным фактором из-за эффекта весовой компенсации. Хотя технология ещё находится на стадии научных исследований, успех эксперимента демонстрирует, что инженерия на атомарном уровне способна решать давние проблемы в области аккумуляторных батарей, приближая будущее с более долговечными электронными устройствами и транспортом с увеличенным запасом хода.