Аноды из нанотрубок для новых литий-ионных батарей

Уже более десяти лет уче­ные пыта­ются улуч­шить бата­реи на основе лития, заме­нив гра­фит анода крем­нием, кото­рый может хра­нить в 10 раз больше энер­гии. Но после несколь­ких цик­лов зарядки / раз­рядки, струк­тура крем­ния будет трес­каться и рас­сы­паться, что делает бата­реи бесполезными.



Команда уче­ных во главе с Юи Цуи (Yi Cui) из Стэн­форд­ского уни­вер­си­тета и SLAC нашла реше­ние: нано­струк­тура с двой­ными стен­ками, кото­рая выдер­жи­вает более 6000 цик­лов, что гораздо больше, чем необ­хо­димо для исполь­зо­ва­ния ее в элек­три­че­ских транс­порт­ных сред­ствах или мобиль­ной электроники.

Литий-ионные бата­реи широко исполь­зу­ются для пита­ния устройств от элек­три­че­ских транс­порт­ных средств до пор­та­тив­ной элек­тро­ники потому, что они могут хра­нить доста­точно боль­шое коли­че­ство энер­гии в отно­си­тельно неболь­шом объ­еме. Бата­рея рабо­тает с пото­ком ионов лития в жид­ко­сти элек­тро­лита между ано­дом и катодом.

Исполь­зо­ва­ние крем­ния в каче­стве анода в этих бата­рей свя­зано с про­цес­сом при­со­еди­не­ния ионов лития к аноду. До четы­рех ионов лития свя­зы­ва­ются с каж­дым из ато­мов крем­ния анода — по срав­не­нию с одним на каж­дые шесть ато­мов угле­рода в гра­фи­то­вом аноде сего­дняш­них бата­рей, что поз­во­ляет хра­нить гораздо больше заряда.

Однако, это при­во­дит к уве­ли­че­нию объ­ема анода в четыре раза от его пер­во­на­чаль­ного объ­ема. Более того, неко­то­рые из видов элек­тро­лита реа­ги­руют с крем­нием, пре­пят­ствуя даль­ней­шей зарядке.

За послед­ние пять лет, группа Цуи посте­пенно улуч­шила стой­кость крем­ни­е­вых ано­дов, делая их из нано­про­во­локи, а затем из полых нано­ча­стиц крем­ния. Их послед­няя кон­струк­ция состоит из крем­ни­е­вых нано­тру­бок с двой­ной стен­кой, покры­тых тон­ким слоем оксида кремния.

Цуи утвер­ждает, что буду­щие иссле­до­ва­ния будут направ­лены на упро­ще­ние про­цесса изго­тов­ле­ния двой­ной стенки крем­ни­е­вых нано­тру­бок. Дру­гие уче­ные из группы раз­ра­ба­ты­вают новые высо­ко­про­из­во­ди­тель­ные катоды для соче­та­ния с новыми ано­дами, чтобы создать бата­рею, про­из­во­ди­тель­ность кото­рой будет в пять раз пре­вы­шать литий-ионные тех­но­ло­гии сего­дняш­него дня.

В 2008 году Цуй осно­вал ком­па­нию Amprius, кото­рая полу­чила лицен­зию на патенты Стэн­форда и крем­ни­е­вые тех­но­ло­гии нано­про­во­лоч­ного анода. Его бли­жай­шей целью явля­ется про­из­вод­ство бата­реи с двой­ной плот­но­стью энер­гии по срав­не­нию с сего­дняш­ними литий-ионными бата­ре­ями.

По дан­ным news.slac.stanford.edu

© 2012 Мир Инно­ва­ций

Похожие новости

Ответить

Фотогалерея

Войти