Прозрачные литий-ионные аккумуляторы для «окон-электростанций»

Создание окон, собирающих энергию, приблизилось благодаря тому, что исследователи из Университета Стэнфорда разработали прозрачные литий-ионные аккумуляторы. Электроды таких аккумуляторов представляют собой сетку, образованную проводами толщиной 35 мкм, такой размер не воспринимается невооруженным глазом.

Главной проблемой при разработке прозрачных литий-ионных аккумуляторов являются электроды – как правило, материалы для изготовления как катода, так и анода непрозрачны. Исследователи И Цуя (Yi Cui) решили эту проблему, максимально уменьшив толщину электродов. Материалы для изготовления электродов были размещены в канавках-углублениях, проделанных в образце чистого полидиметилсилоксана [polydimethylsiloxane (PDMS)], образуя сетчатую структуру. Изменение параметров сетки и возможность многослойного расположение таких сетчатых структур позволяет увеличить емкость аккумулятора, не жертвуя при этом его прозрачностью.

Для отвода генерированного электрического тока исследователи из Стэнфорда нанесли на слой полидиметилсилоксана тонкий слой золота (толщиной 100 нм). Сама по себе электронная сетка производилась следующим образом – за счет капиллярных явлений водные суспензии электродных материалов – наностержней LiMn2O4, использовавшихся для изготовления катода и нанопорошка Li4Ti5O12 для изготовления анода.

Затем исследователи разместили между двумя электродами слой чистого электролита, вручную совместив канавки, в которых содержались катоды и аноды, с помощью оптического микроскопа. На заключительном этапе все устройство было помещено в полимерный контейнер, и оснащено двумя алюминиевыми клеммами. Варьирование деталей конструкции устройства позволяло достигать его прозрачности 78, 60 и 30%, плотность энергии этих устройств составляла 5, 10 и 20 ватт-часов на литр, соответственно.

Йонгсенг Юн (Jongseung Yoon), специалист по наноэлектронике из Университета Южной Калифорнии, отмечает, что подход группы из Стэнфорда особенно привлекателен тем, что может быть масштабирован для получения больших по размеру прозрачных аккумуляторов – энергособирающих окон.

Луис Санчес (Luis S?nchez) из Университета Кордовы (Испания), также занимавшийся разработкой прозрачных систем для генерации электроэнергии, отмечает, что прозрачные аккумуляторы могут найти применение для создания так называемых «умных окон» или «умных зданий». Прозрачные аккумуляторы могут быть скомбинированы с прозрачными электронными солнечными батареями (такие уже разработаны) и в светлое время суток будут собирать энергию, которая будет частично восполнять потребность дома в энергии в темное время суток.