Ученые из Массачусетского технологического института (МТИ) во главе с профессорами Янгом Шаохорном и Паулой Хаммонд, сообщает журнал Nature Nanotechnology, утверждают, что производительность электрических батарей можно увеличить в десять раз по сравнению с обычными литиевоионными аккумуляторами. Это возможно при использовании графитовых нанотрубок в качестве материала для одного из электродов. Наработка может произвести настоящую революцию в производстве мобильных телефонов, компьютеров, всевозможных датчиков и других портативных устройств.

Для изготовления нового электродного материала американские физики воспользовались методом послойной наплавки, при котором базовый материал покрывался углеродными нанотрубками, которые перед этим были обработаны органическими растворами.

Литиевоионные батареи широко применяются в портативных электронных приборах и устройствах. Они состоят из трех главных компонентов: двух электродов (отрицательный -- анод и положительный -- катод) и разделяющего их электролита, электропроводящего материала, по которому могут легко перемещаться заряженные частицы или ионы. Положительно заряженные ионы лития перемещаются по электролиту к катоду, производя при этом электрический ток. При перезарядке внешний ток заставляет эти ионы двигаться в противоположном направлении. В результате они собираются в пористом материале анода, который чаще всего делается из графита.

В новых электродах углеродные нанотрубки, представляющие собой свернутые в крошечные трубки листы атомов чистого углерода, самопроизвольно собираются в прочную пористую структуру. Нанотрубки имеют на своей поверхности много кислородных групп, которые связывают огромные количества атомов лития.

Процесс «электростатической самосборки» очень важен, потому что в обычных условиях углеродные нанотрубки собираются на поверхности в тончайшие пленки, уменьшая открытую для реакции поверхность. Органические молекулы же способствуют как раз пористости структуры.

Литиевые батареи с новым электродным материалом обладают рядом преимуществ как в электролитических конденсаторах, так и литиевых батареях. Производство энергии на единицу веса электродного материала из углеродных нанотрубок, как показывают эксперименты, до пяти раз превышает выработку энергии обычными конденсаторами. Увеличение же выработки электроэнергии для литиевоионных батарей с новым нанокатодом может достигать десяти раз. Такие высокие результаты объясняются хорошей проводимостью электродом ионов и электронов и эффективным связыванием лития на поверхности нанотрубок.

Кроме высокой выработки энергии нанотрубочные электроды показали и высокую долговечность. После 1000 циклов зарядки и разрядки испытательной батареи в работе ее не было выявлено никаких изменений в худшую сторону.

Толщина нанотрубочных электродов не превышает нескольких микронов. Дальнейшей задачей физиков из МТИ является создание более крупных электродов из нанотрубок толщиной в сотни микронов. Говорить о практическом применении изобретения пока еще рано, хотя уже имеются идеи для его коммерческого использования. Процесс изготовления нанотрубочных электродов занимает много времени, но его можно ускорить в 100 (!) раз, если на движущуюся ленту электродного материала напылять разнозарядные слои.