Создан кремниевый анод для аккумуляторов с длительным сроком службы


Исследователи Стэнфордского университета и лаборатории SLAC National Accelerator (США) решили проблему быстрой деградации кремниевых анодов. В перспективе такие аноды могут позволить аккумуляторам достигнуть емкости в 10 раз большей по сравнению с аккумуляторами с графитовыми анодами.

Ученые уже давно ищут способы создания надежного кремниевого анода с длительным сроком действия. Проблема заключается в том, что циклы зарядки/разрядки приводят к расширению и сужению анода, а из-за своей хрупкости, в ходе регулярной деформации он быстро трескается и разламывается, становясь непригодным к использованию.

Для решения этой проблемы исследователи создали анод из настолько малых частиц кремния, чтоб им просто не на что было разламываться. Эти наночастицы они поместили в оболочки из углерода большего размера в сравнении с самой частицей, предоставив им, таким образом, пространство для расширения, необходимое во время зарядки.

Применив специальную микроэмульсию, разработчики собрали микрочастицы с оболочкой в группы, поместив их в еще одну, более толстую оболочку из углерода.

В итоге получилась структура, которая напоминает гранат. Каждая батарея включает множество таких «гранатов». «Подобная структура обеспечивает свободное движение электрического тока», – поясняют ученые.

Также в ходе экспериментов было выяснено, что аккумулятор с «гранатной» структурой имеет довольно длинный жизненный цикл: он сохраняет 97% емкости спустя 1 тыс. циклов заряда/разряда. Благодаря этому элемент вполне может быть использован для коммерческой эксплуатации.

Концептуальная иллюстрация аккумулятора с «гранатной» структурой

Использование новой структуры помогло в решении еще одной проблемы. В процессе эксплуатации аккумулятора с кремниевым анодом, из-за реакции с электролитом на электроде появляется клейкая субстанция, снижающая производительность. В аккумуляторе с «гранатной» структурой площадь соприкосновения частиц с электролитом в 10 раз меньше. Благодаря этому клейкой субстанции образуется заметно меньше.

Наночастицы похожи на зерна в гранате: справа – после зарядки, слева – до зарядки

Как говорит руководитель проекта Йи Куи (Yi Cui), несмотря на заметный прогресс, о выводе новых аккумуляторов на коммерческий рынок говорить еще рано, поскольку необходимо решить две серьезные проблемы. Прежде всего, нужно упростить процесс производства кремниевых анодов. Кроме того, необходимо найти дешевый источник кремниевых наночастиц. В качестве такого источника, к примеру, может быть использована рисовая шелуха, которая не применяется в пищевой промышленности и состоит на 20%  из диоксида кремния. Как говорит Куи, из нее достаточно легко можно получить чистые кремниевые наночастицы, пригодные для создания аккумуляторов.

Читайте также:
Создан прототип анода для натрий-ионных батарей
Литий-воздушные аккумуляторы улучшат с помощью вирусов
Батареи с твердым Li-S-электролитом в 4 раза лучше Li-ion-аккумуляторов
Графеновые электроды на 300% улучшают литий-ионные батареи
Аккумуляторы станут в 5 раз эффективнее
Нанокомпозиты увеличат емкость батарей в 10 раз
Перспективный материал для литий-ионных аккумуляторов
Новые батареи из Стенфорда имеют «неубиваемые» электроды
Бизнес литиево-полимерных аккумуляторов ожидает бурное развитие
Джон Гуднаф: Li-ion аккумуляторы дали толчок мобильной революции

Источник: Stanford University

Оставьте отзыв

Ваш емейл адрес не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *