Глава 201 Самая мощная батарея нового времени
Внутри страны, в одном из подразделений Исследовательского института Военно-воздушных сил.
В лаборатории.
Один исследователь, прищурив глаза, рассматривал в руках статью.
— Сначала для проверки этой модели проведут тестирование самых распространенных реакций на границе трехмерных литиевых батарей. Первый метод тестирования — циклическая вольтамперметрия со скоростью сканирования 50 мВ/с.
— Согласно экспериментальным данным, потенциал окислительного пика составляет 0,42 В, ток окислительного пика — 12,5 мкА, потенциал восстановительного пика — 0,18 В, ток восстановительного пика — -11,3 мкА.
— Согласно же прогнозам модели EIRM, данные таковы: 0,41 В, 12,4 мкА, 0,17 В для пикового тока и -11,2 мкА.
— Разница между данными очень невелика.
А рядом другой исследователь тоже кивнул, с изумлением сказав:
— Да, эта погрешность слишком мала. Даже невероятно. Не ожидал, что такой модели удастся создать.
Третий исследователь тоже кивнул, сказав:
— По ощущениям, модель уже практически идеально воспроизводит все реакции на микроуровне интерфейса.
Первый исследователь продолжил:
- Но это еще не все. Посмотрите ниже, там есть и другие данные
— Эксперимент по распределению потенциала интерфейса показал следующие результаты: 0, -5, -10, -15, -20, -25. Модель предсказывает: 0, -4.8, -9.7, -14.6, -19.5, -24.4.
— И ещё эта плотность состояний… то, что он сумел включить её в модель, — это просто гениально. Модель очень хорошо оптимизирует плотность состояний, средняя ошибка не превышает 5%.
— Что касается остальных аспектов, то это само собой разумеется. Например, предсказание эффекта туннелирования электронов, динамические параметры реакций, анализ продуктов электрохимических реакций и тому подобное.
В одно мгновение исследователь невольно воскликнул:
— Сейчас я бы хотел пригласить автора этой статьи в наш институт, чтобы он здесь работал. Если бы он был с нами, наши исследования наверняка приносили бы вдвое больше результатов.
Все окружающие рассмеялись.
— Ты и правда мечтаешь,
— А кто же такой Сяо И сейчас, сидящий в лаборатории на Научном острове, здесь, к нам в этот захолустный уголок?
“Лучше не тревожить этого талантливого молодого человека. Давайте же оставьте эти старые косточки здесь."
— Он может добиться больших успехов в других областях, зачем ему сюда, в наш захолустный уголок, заниматься разработкой краски-невидимки? Мы разработали её, но из соображений секретности не можем никому говорить. А его разработки – это то, что могло бы принести славу Родине.
Услышав мнения окружающих, первый исследователь закатил глаза и махнул рукой:
— Ладно-ладно, я просто пошутил, зачем так бурно реагировать?
— И не говорите мне о том, чтобы не вредить другим. Я думаю, вы просто боитесь, что Сяо И придёт сюда и сделает какое-нибудь открытие, а вы сами будете стыдиться своих достижений.
Другие не смутились, услышав это, и рассмеялись:
— Ну да ладно, ты сам-то ведь такой же?
Исследователь пожал плечами и сказал:
— Ладно, хватит болтовни. Эта модель очень важна для нашего исследования невидимых покрытий, давай начнём работать.
Он указал на присутствующих: “Не забывайте, что H2O пока не обладает необходимой нам скрытностью.”
— Теперь, когда у нас есть эта модель, нам следует хотя бы немного улучшить её скрытность. По крайней мере, чтобы ребята из института радиолокации были довольны.
С этими словами все присутствующие исследователи тут же серьёзно посмотрели друг на друга.
Шутить тут не время, ведь они находятся в прямом соперничестве с теми, кто в стране занимается разработкой радаров.
Если бы их разработанная камуфляжная краска была обнаружена теми радарами, они точно стали бы объектом насмешек.
Он сказал правду.
— Работать, работать.
Говоря это, они каждый приступили к своим исследованиям.
…
В то же время, на другой стороне, в институте, специализировавшемся на исследованиях радара.
Эй, вы видели эту модель EIRM?
Один из исследователей махнул перед собой листом бумаги и обратился к своим коллегам.
Вскоре кто-то из них ответил:
— Да, я смотрел. Модель действительно впечатляет; она имеет огромное значение для многих областей научных исследований интерфейсов.
— Действительно, это может быть полезно и для изучения наших радаров, — добавил ещё кто-то.
— Все материалы, необходимые для фазированных антенных решеток, предъявляют требования к исследованию интерфейсов. Теперь, имея эту модель, проектирование соответствующих материалов станет легче, — сказал кто-то ещё.
— Вы все правы, но я хочу напомнить, что эта модель окажет гораздо большее влияние на тех, кто занимается разработкой материалов для маскировки, чем на нас. Не хочется, чтобы в будущем нас посчитали смешными этими людьми, — сказал ещё кто-то.
— Да, блин, ты прав.
— Работай, работай.
После этого группа исследователей бросила все свои силы в исследования.
Люди, занимающиеся разработкой невидимых материалов, не хотели стать объектом насмешек со стороны разработчиков радаров, и наоборот.
Ведь в нынешней международной обстановке вероятность войны Китая с иностранными странами слишком мала. Технологии, которые разрабатывает Китай, очень сложно проверить на практике, поэтому его главными противниками становятся внутренние конкуренты.
На поле боя радары и самолеты-невидимки — естественные враги, поэтому среди исследователей те, кто занимается разработкой радаров, и те, кто разрабатывает материалы для маскировки, становятся естественными соперниками.
Чтобы доказать, что их разработки — круто, им остаётся использовать конкурентов как ступеньку к успеху.
Конечно, именно такая конкурентная среда привела к тому, что наша страна стала мировым лидером как в области радаров, так и в области технологий маскировки.
Влияние модели EIRM с течением времени продолжает расти.
Можно сказать, что модель электро-интерфейсных реакций и миграции (EIRM) является синтетической моделью в области научных интерфейсов. Она оказывает огромное влияние на многие области.
Например, в области невидимых материалов и радаров.
Практически любой материал можно использовать в исследованиях на границе раздела фаз.
Даже материалы первой стены в области управляемой термоядерной реакции требуют проектирования интерфейсов.
Разные конструкции интерфейсов также могут влиять на способность материалов первой стены противостоять воздействию нейтронов; это, конечно, связано с миграцией электронов.
В целом, EIRM в первую очередь касается реакционных процессов с миграцией электронов на границе раздела, хотя и не охватывает всю науку об интерфейсах. Уже само по себе это направление достаточно широко.
В одно мгновение все исследователи со всего мира стали проявлять всё большую активность.
В особенности зарубежные ученые стали ещё громче, поскольку статья Сяо И была на китайском языке. Хотя сейчас появилось достаточно много переводов, многие всё же желали, чтобы Сяо И сам написал перевод.
Вплоть до того, что многие исследователи начали коллективно писать письма с просьбой о возвращении Сяо И в международное научное сообщество.
Но как бы то ни было, те переведенные версии уже вполне подходили для чтения.
В связи с этим произошло ещё одно событие: кто-то опубликовал переведённую статью на arXiv, пытаясь присвоить её себе. Но, разумеется, эта статья была моментально раскритикована и удалена всего через два часа.
На Научном острове в лаборатории.
Скачиваний уже перевалило за десять тысяч.
Лю Сяодун и несколько человек стояли вокруг компьютера, глядя на его экран.
Этот сайт принадлежал Сяо И.
На странице была опубликована статья о модели EIRM, которую уже скачали более десяти тысяч раз.
Чэнь Тао невольно произнесла:
— Если бы эта статья была на английском, её скачивали бы ещё больше.
— Конечно, за границей скачивают скорее переведённые версии, — сказал Тан Чуньмин.
— Я не думаю, что у брата Сяо эта статья сможет преодолеть отметку в 10 тысяч цитирований, — сказал он.
— Хотя в краткосрочной перспективе это маловероятно, со временем вполне возможно.
— Что такое 10 тысяч? Посмотрите, у брата Сяо уже есть статья по абсолютно электронному вычислению, которая сейчас почти набрала 2 тысячи цитирований. Через несколько десятилетий эта работа его может оказаться в рейтинге самых цитируемых.
— Я тоже думаю, что это возможно.
— +1
В этот момент раздался голос из-за спины:
- Вы тут что-то смотрите?
Они обернулись и увидели, что к ним подошел Сяо И.
Несколько человек тут же окружили его, каждый в свою очередь крича:
— Брат Сяо!.
Хотя возраст Сяо И был меньше их на немало лет, они всё равно звали его братом.
Шутить ли им, ведь вместо «брат» они бы сказали «младший брат»?
Что касается обращения к нему как "профессор Сяо" или "руководитель Сяо", то это слишком формально, ведь они уже столько дней вместе.
Поэтому звать его просто «Брат Сяо» вполне нормально.
Поздравляю, брат Сяо, ваш труд стал очень популярен!
Лю Сяодун сразу же начал льстить.
Другие люди тут же последовали его примеру.
Поздравляем, брат Сяо! Счастья тебе, брат Сяо! —
Сяо И дёрнул угол губ: — Хватит, хватит, не надо тут в парикмахерской.
Лю Сяодун хихикнул и снова спросил: — Вижу, что сейчас многие хотят, чтобы ты выпустил англоязычную версию. Не собираешься?
Сяо И махнул рукой: — Переводных версий уже так много, что мне даже не хочется переводить.
Ладно, вы тоже не сидите тут без дела. Вот, по этим данным и этапам разработки, начните синтезировать новый литий-фосфатно-серно-хлористый электролит.
Из его рук в их руки попали несколько листов формата А4.
Лю Сяодун и его спутники тут же загорелись глазами.
Брат Сяо, ты так быстро все сделал? —
Поглядим-поглядим.
Вмиг каждому из них дали лист бумаги, и, глядя на перечисленный там процесс приготовления, они были поражены.
Этот дизайн удивителен! —
Думаю, что на этот раз получится!
Пошли в лабораторию!
После этого они все с энтузиазмом приступили к делу.
Сяо И слегка улыбнулся.
После завершения работы над моделью EIRM, он естественно первым делом применил её к проектированию литий-фосфорно-серно-хлоридного аккумулятора.
После нескольких дней работы и благодаря использованию оптимизированного дизайна, учитывающего свойства материалов, он наконец-то нашел наиболее подходящий процесс изготовления.
Увидев возбуждённые лица четырёх человек перед собой, он последовал за ними и присоединился к работе.
Сначала подготовили несколько исходных материалов: литий сульфид, дифосфор пентасульфид и хлорид лития. После взвешивания необходимых количеств по пропорциям в перчаточном шкафу с заполнением инертным газом смешали их и поместили в мельницу для измельчения, чтобы обеспечить полное смешивание и реакцию материалов. Затем провели термообработку, чтобы ускорить реакцию материала и сформировать твердотельный электролит LiPSCl.
Конечно, это лишь базовые этапы. Чтобы свойства литий-фосфор-серно-хлорида соответствовали требованиям модели, в процессе необходимо внедрять дополнительные методы и проводить процессы модификации с добавками.
И вот так, спустя некое время, наконец —
— Готово!
Сяо И пинцетом подхватил желтоватый кристаллический слой. Благодаря хорошим механическим свойствам он не прогибался даже в виде тонкой пленки, словно кусок желтого стекла.
В действительности его структура напоминала стекло.
В то же время, благодаря ещё более высокой, чем у чистого литий-фосфат-сульфур-хлорида, поверхностной стабильности, этот материал, который в принципе не должен был подвергаться воздействию воздуха, совершенно спокойно реагировал на него.
Согласно теоретическим расчетам, даже если оставить его на открытом воздухе на неделю, его характеристики не претерпят существенных изменений. По оценкам, даже при месячном воздействии воздуха снижение его производительности составит всего около 1%.
Конечно, аккумулятор, теряющий по 1% своей производительности каждый месяц, в мире мобильных телефонов был бы неприемлем.
Но проблема в том, что этот электролит не будет таким же, как жидкий литий-ионный, который может воспламениться при контакте с воздухом.
Примерно единственное, о чем нужно беспокоиться, — это то, что слишком быстрое разряжение аккумулятора телефона может привести к его выходу из строя до окончания гарантийного срока.
Эм… это, наверное, беспокойство без причины, ведь условие в том, что аккумулятор сломался.
Конечно, обсуждать только безопасность по отношению к такому твердому электролиту было бы несправедливо.
Главное преимущество такого электролита, конечно же, в его значительно большей по сравнению с жидким электролитом энергоёмкости.
— Давайте начнем, давай увидим, на что способны наши аккумуляторы с его помощью!
Сяо И сказал:
— Да!
Лю Сяодун и его друзья тоже уже нетерпеливо ждут.
Затем началась сборка батарей.
В качестве отрицательного электрода использовался металлический литий, а в качестве электролита — новый тип раствора на основе лития, фосфора, серы и хлора. С помощью метода нанесения покрытия раствором на поверхность твердого электролита из литий-фосфорно-серно-хлоридной системы был прикреплен ранее изготовленный материал из карбонанотрубок с порами.
В качестве положительного электрода использовался полимер сульфида анилина.
Аккумулятор собран, начаты испытания зарядки и разрядки.
В данном цикле зарядки-разрядки совершается пятьдесят циклов!
Через несколько дней...
Сорок пять циклов завершены.
С появлением итоговых результатов вся лаборатория погрузилась в шокированное молчание.
Энергетическая плотность составляет 1231 Втч/кг.
Надо сказать, что у современных литиевых аккумуляторов наибольшая энергетическая плотность достигает всего около 300 Втч/кг.
Это увеличение энергетической плотности в четыре раза – просто…
— В чистом энтузиазме!
В ответ на этот результат Сяо И тоже слегка улыбнулся.
С теоретической точки зрения энергонасыщенность литий-серных аккумуляторов может достигать примерно 2600 Втч/кг.
Конечно, это получено, игнорируя все остальные массы.
В реальных аккумуляторах необходимо добавлять массу электролита, проводящих добавок, связующих материалов и других структурных компонентов, поэтому их энергонасыщенность обычно ниже.
Даже если учесть массу всех остальных материалов, энергонасыщенность всё равно достигает 1231 Втч/кг, что бесспорно свидетельствует о высоких показателях этого аккумулятора.
Возможно, в недалеком будущем станут реальностью смартфоны, способные работать без подзарядки три или четыре дня, а также электромобили с пробегом два тысячи километров на одной зарядке.
Используя классическую фразу «будущее уже здесь».
Конечно, сейчас открывать шампанское ещё рано, ведь предстоит пройти ряд других тестов.
Например, проблема с литиевыми кристаллами.
Но на самом деле они еще раньше тестировали воздействие нового типа карбонано-многопористого материала на литиевые кристаллы и выяснили, что проблемы не возникают.
Поэтому в последующих экспериментах этот совершенно новый аккумулятор все еще демонстрировал чрезвычайно превосходные характеристики.
Осторожный прогноз — 1500 циклов службы, а в самых экстремальных условиях проблемы с ростом кристаллов лития вообще не возникает. Кроме того, стабильность работы при любых температурах — как высоких, так и низких...
Это будет совершенно новая эра, эпоха самого мощного аккумулятора в мире!