В Окриджской национальной лаборатории ученые решили проблему, которая мешала использовать более дешевый «сухой» метод производства литий-ионных аккумуляторов для электромобилей и гаджетов. Новые батареи проводят ток лучше и меньше рискуют перегреться.

Обычно электроды делают «мокрым» способом, с ядовитыми растворителями. Для этого нужны огромные цеха, много времени и энергии. И куда девать вредные отходы — отдельная головная боль. С сухим методом проще и дешевле, но у него был серьезный недостаток: пленки для электродов получались хрупкими и рвались. Исследователи нашли остроумное решение — добавили в материал длинные углеродные волокна. Созданные из такого материала батареи-»таблетки» показали отличные результаты.

Пленки стали прочнее и гибче. А главное — длинные волокна не только армируют материал, но и создают «автострады» для электронов, что ускоряет зарядку и отдачу энергии. Ранее в мире экспериментировали только с наноразмерными волокнами, но команда ORNL первой догадалась использовать длинные. Ученый Джасвиндер Шарма объясняет: стоимость химикатов, от которых мы избавляемся, перекрывает цену этих волокон — их в составе всего 1% по весу.

Мы считаем, что это следующий шаг к массовому внедрению сухих электродов, — говорит Шарма. — Отказ от дорогих растворителей и упрощение производства поможет американским производителям батарей увереннее конкурировать на мировом рынке.

Исследование имеет прямой путь к коммерциализации. Польза в трех плоскостях:

• Экономика производства: резкое снижение капитальных затрат на строительство «сухих» заводов (не нужны системы рекуперации, вентиляции, утилизации растворителей) и операционных расходов (энергия, время сушки, безопасность). Это может сделать локальное, например, европейское или американское, производство аккумуляторов экономически оправданным.
• Технология: ускорение зарядки — ключевой параметр для массового внедрения электромобилей. Улучшенная механика электрода повышает надежность и долговечность батареи.
• Экология:  «зеленый» производственный процесс без вредных летучих растворителей снижает углеродный след на этапе изготовления.

Основной вопрос — масштабирование. Успех в формате лабораторной «таблеточной» ячейки (coin cell) не гарантирует таких же результатов в больших промышленных рулонных электродах метрового размера. Равномерное распределение длинных волокон в больших объемах — серьезная технологическая задача. Кроме того, не до конца изучено долгосрочное поведение волокон в агрессивной электрохимической среде аккумулятора в течение тысяч циклов зарядки.

Ранее ученые разработали новый метод переработки углеволокна.