В стандартных аккумуляторных элементах анод и катод физически разнесены, но соединены тонким слоем электролита, что обуславливает значительное расстояние для перемещения ионов лития в процессе заряда или разряда. Данная уникальная конструкция характеризуется весьма длительным временем зарядки и низкой скоростью отдачи накопленной энергии. Решением указанной проблемы является новая наногибридная аккумуляторная батарея, разработанная исследователями из Корнеллского университета. Благодаря уникальной трехмерной структуре данное устройство позволяет осуществлять полную зарядку за считанные секунды. Вместо одного цельного катода и анода в новой батарее использованы тысячи наноразмерных катодов и анодов. Каждый из этих катодов или анодов представляет собой наночастицу, размерами около 20 нанометров.

При помощи особого технологического процесса эти наночастицы смешиваются и соединяются друг с другом, образуя два изолированных “губчатых” электрода, буквально вросших друг в друга.

В отличие от конструкции традиционных батарей, в материале электродов новой батареи нет крошечных отверстий, пор, которые являются источником нескольких проблем. Электроды новой батареи не могут замкнуться и вероятность их самопроизвольного возгорания стремится к нулю. Зато такая конструкция обеспечивает не только быструю зарядку и разряд, она позволяет кардинальной увеличить эффективную площадь электродов, что равносильно увеличению показателя плотности хранения энергии и емкости аккумуляторной батареи.

Исследователи из Корнуэла продолжают работать над совершенствованием данной технологии с целью доведения ее до уровня промышленного производства и практического применения. Параллельно с этим ведется оформление патентной заявки и патентной защиты опытных образцов новых батарей. И в заключение отметим, что данные работы проводились по заказу и финансированием американского Министерства энергетики и частично американского Национального Научного фонда.

Для любознательных

В России ведутся активные исследования и разработки быстро заряжающихся аккумуляторных батарей с использованием наноразмерных электродов. Некоторые из них:

1. Проект «Сапфир-Д» Института электродвижения МФТИ. В рамках этого проекта разработана технология твердотельных аккумуляторов с повышенной удельной энергией по сравнению с серийными аналогами. Ключевые особенности:

• Квазитвёрдый электролит вместо жидкого, что повышает безопасность и снижает риск возгорания.
• Катод из крупных кристаллов сложного оксида с повышенным содержанием никеля. Такие кристаллы создают более короткие и однородные пути для диффузии ионов лития, что ускоряет зарядку и разрядку, а также увеличивает срок службы батареи.
• Токосъёмник анода, покрытый композитом из углерода и наночастиц серебра. Это позволяет равномерно осаждать литий, формируя стабильный слой металлического лития внутри ячейки.

Серийное производство планируется начать в 2028 году на мощностях завода «Металлион».

2. Исследования в СПбГУ. Учёные синтезировали полимер на основе комплекса никель-сален (NiSalen), который может использоваться в качестве катода в аккумуляторах. Такой материал позволяет добиться высокой скорости зарядки — примерно в десять раз быстрее, чем у литий-ионных аккумуляторов. При этом на тот момент ёмкость на 30–40% уступала литиевым аналогам, но разработчики работали над её увеличением при сохранении скорости заряда-разряда. Аккумулятор также отличается повышенной безопасностью и экологичностью. spbu.ruria.ru

3. Работы в НИТУ «МИСиС». В 2025 году сообщалось о достижениях в области графеновых аккумуляторов. Разработана многослойная графеновая архитектура, которая предотвращает перегрев, создан гибридный электролит на основе отечественных компонентов. По данным на 2025 год, российские разработки достигли показателя плотности энергии 350 Вт·ч/кг — на 40% больше, чем у лучших литий-ионных батарей. Аккумуляторы заряжаются за 15 минут (до 90% ёмкости) и выдерживают 2000 циклов без существенной деградации. dzen.ru

Эти разработки направлены на повышение скорости зарядки, увеличение энергоёмкости, безопасности и долговечности аккумуляторных батарей, что важно для электротранспорта, робототехники, авиации и стационарных систем хранения энергии.