Забытая батарея Эдисона получила вторую жизнь: учёные создали сверхбыструю никель-железную технологию для хранения энергии

Исторический контекст: несбывшаяся мечта Эдисона

В начале XX века электромобили доминировали на дорогах США, но свинцово-кислотные аккумуляторы были дорогими и обеспечивали запас хода около 30 миль. Эдисон считал, что никель-железная батарея решит проблему, обещая до 100 миль пробега и долговечность, однако технология оказалась недостаточно зрелой, и двигатели внутреннего сгорания взяли верх.

Новый подход: биоинспирированные нанокластеры

Современная версия никель-железной батареи создана с использованием белков как шаблонов для формирования нанокластеров металлов. Белковые структуры ограничивали размер частиц никеля и железа менее чем 5 нанометров, что резко увеличивает площадь поверхности электродов и ускоряет электрохимические реакции.

Металлические нанокластеры были интегрированы в оксид графена — двумерный материал толщиной в один атом. После термической обработки белки превращались в углерод, кислород удалялся, а структура превращалась в графеновый аэрогель, состоящий почти на 99% из воздуха.

Почему это работает: эффект поверхности

Ключевым фактором стала экстремальная площадь поверхности. При уменьшении размеров частиц доля атомов на поверхности растёт экспоненциально, что ускоряет заряд-разряд и повышает мощность батареи. В данном случае практически каждый атом участвует в реакции, что обеспечивает сверхбыструю зарядку.

Технические характеристики и ограничения

Прототип продемонстрировал:

• зарядку за секунды вместо часов;
• более 12 000 циклов без деградации;
• низкую стоимость и простоту производства благодаря доступным материалам.

Однако по плотности энергии технология пока уступает современным литий-ионным аккумуляторам, что ограничивает её применение в электромобилях.

Потенциальные применения

Исследователи рассматривают батареи как перспективную технологию для стационарного хранения энергии:

• аккумуляция энергии солнечных и ветровых ферм;
• резервное питание дата-центров;
• балансировка электросетей при пиковых нагрузках.

Долговечность в десятки лет может сделать такие батареи особенно привлекательными для инфраструктурных проектов, где стоимость замены накопителей критична.

Следующие шаги

Команда изучает использование других металлов и альтернативных биополимеров вместо белков животного происхождения, чтобы упростить масштабирование и снизить стоимость. Цель — создать индустриально масштабируемую технологию, сочетающую долговечность, низкую цену и экологичность.