Зарядка электромобиля за 10 минут: ученые приблизили эту реальность

В свежей публикации в PNAS исследовательская группа Анкура Гупты детально разобралась, как ведут себя ионы в лабиринте из микроскопических пор. Это не просто академическое любопытство. Как признается сам Гупта: «Энергия — это будущее нашей планеты. Мне показалось, что области её хранения уделяют несправедливо мало внимания, и я решил применить знания химической инженерии именно здесь».

Удивительно, но методы, давно работающие для описания фильтрации воды через пористые материалы, до сих пор не находили применения в энергетике. А ведь принцип-то похож — только вместо молекул воды у нас ионы, несущие заряд.

Почему все говорят о суперконденсаторах?

Забудьте на минуту про литий-ионные аккумуляторы. Суперконденсаторы хранят энергию иначе: они собирают ионы на поверхности крошечных пор. Это дает им суперсилу — невероятно быструю зарядку и разрядку, а также феноменальную «живучесть». «Их главный козырь — скорость, — поясняет Гупта. — Мы спросили себя: как выжать из них максимум? И поняли: ключ в том, чтобы заставить ионы двигаться эффективнее».

И вот здесь начинается самое интересное. Результаты команды вносят коррективы в казалось бы незыблемый закон Кирхгофа — краеугольный камень электротехники, который мы все учили в школе. Оказалось, что ионы — не электроны. Они перемещаются не только под действием электрического поля, но и благодаря диффузии. В точках, где поры пересекаются, их поведение отклоняется от привычных правил для электрических цепей. Старина Кирхгоф, кажется, не учел такой сложности!

До этого ученые разбирались с движением в одной-единственной прямой поре. Лаборатория Гупты пошла дальше — они смоделировали и описали хаотичный танец ионов в сети из тысяч переплетенных каналов. Теперь этот процесс можно не только понять, но и предсказать. А значит — и управлять им.

Вывод простой, но мощный: меняя архитектуру пор, мы можем направлять ионы по оптимальным маршрутам. Что в итоге? Молниеносная зарядка и мгновенная отдача энергии.

Значение открытия выходит далеко за рамки смартфонов и электромобилей. Представьте себе энергосистему целого города, где спрос на электричество скачет от минимума ночью до пика днем. Чтобы не «жечь» лишнее топливо и не терять энергию, нужны гигантские, но при этом очень быстрые накопители. Именно такие хранилища будущего и может помочь построить новая теория. Ведь когда речь идет об устойчивой энергетике, каждая секунда на счету, не так ли?