В Стэнфордском университете создан эффективный аккумулятор с литиевым анодом


Исследователи из Стэнфордского университета в США смогли создать эффективный и надежный аккумулятор с литиевым анодом, решив при этом проблемы, которые до этого никто не мог разрешить десятилетиями. Новая разработка позволит в перспективе создавать более легкие, компактные и мощные батареи для смартфонов, ноутбуков, а также электромобилей.

Типичная конструкция аккумулятора включает три основных элемента: анод (положительный электрод), электролит и катод (отрицательный электрод).

Сегодня наибольшее распространение получили литий-ионные аккумуляторы, в которых ион лития выступает в качестве переносчика заряда. Анод при этом, как правило, изготавливается из графита.

Хотя графит наиболее популярный материал для производства анодов, он далеко не самый эффективный, говорит И Цуй (Yi Cui), процессор Стэнфордского университета по материаловедению и руководитель проекта. Литий является более эффективным.

«Из всех материалов, которые можно применять для производства анодов, литий обладает наибольшим потенциалом, – объясняет ученый. – Он имеет небольшой вес и наиболее высокую энергетическую плотность. С этим материалом можно получить больше мощности на единицу веса и объема. Иначе говоря, можно создавать более легкие, компактные и мощные аккумуляторы». Цуй также говорит, что, согласно его предположениям, литиевый анод в теории способен повысить емкость батареи в 3–4 раза.

Проблема кроется в том, что, прежде всего, литий быстро вступает с электролитом в химическую реакцию, и, кроме того, он в значительной степени увеличивается в размерах при осаждении ионов лития на литиевом аноде, из-за чего происходит деградация аккумулятора.

Изображение углеродных куполов, полученное  под микроскопом, и образец материала.
Для увеличения нажмите на картинку

Как рассказывает руководитель проекта, многие ученые десятилетиями бились над решением данных проблем, которые, наконец, удалось решить его команде,  применив один дополнительный элемент – своего рода защитный кожух, закрывающий анод, и представляющий собой сетку из углеродных куполов толщиной 20 нм. Такая сетка предотвращает реакцию лития с электролитом и является в достаточной степени гибкой, чтобы по мере расширения анода растягиваться, не разрушаясь.

Обычно батарею можно начинать массово производить в том случае, если ее кулоновская эффективность (относительный объем лития, сохраняемого на аноде после цикла заряда-разряда) достигает 99,9% и больше, не снижаясь менее этого значения длительное время.

До настоящего времени батареи с литиевым анодом, созданные в условиях лабораторий, показывали кулоновскую эффективность порядка 96%. Причем спустя всего лишь 100 циклов заряда-разряда она падала ниже 50%. Ученым из Стэнфордского университета удалось добиться значения в 99%, которое оставалось таким даже спустя 150 циклов.

«Разница между 99% и 96%, когда речь идет об аккумуляторных батареях, колоссальна, – говорит Цуй. – Да, мы не смогли добиться 99,9%, которые нужны нам. Однако мы проделали важную работу и заметно приблизились к нужной нам цифре. Мы будем продолжать свою научную работу, и я верю, что если у нас получится создать новый электролит, литиевые аноды, в итоге, найдут в аккумуляторах широкое применение».

Читайте также:
Создан кремниевый анод для аккумуляторов с длительным сроком службы
Созданы рекордно мощные литиевые батарейки
Создан прототип анода для натрий-ионных батарей
Мощные аккумуляторы наконец-то пойдут в серию
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
Разработана технология мгновенной зарядки аккумуляторов
Бизнес литиево-полимерных аккумуляторов ожидает бурное развитие
Джон Гуднаф: Li-ion аккумуляторы дали толчок мобильной революции

Источник: Extremetech.com

Оставьте отзыв

Ваш емейл адрес не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *