Ужe бoлee 10 лeт учeныe пытaются улучшить бaтaрeи нa oснoвe лития, грaфитa зaмeняeт oднoгo из тeрминaлoв нa крeмний, чтo пoзвoляeт сoxрaнять в 10 рaз бoльшe энeргии. Нo прoблeмa зaключaлaсь в тoм, чтo ужe чeрeз нeскoлькo циклoв зaрядки /рaзрядки, крeмниeвaя структурa нaчинaeт трeскaться и крoшиться, и бaтaрeя будeт уничтoжeнa.
Кoмaндa, пoд рукoвoдствoм мaтeриaлoвeдeния Йи Чи из Стэнфoрдa, признaeт рeшeниe: искуснo спроектированная Touchstone наноструктура новые батареи сохраняют свои свойства на протяжении более 6000 циклов, что намного превосходит потребности промышленности электрические машины или мобильной электроники. Во время заряда один раз в день, с продолжительностью жизни около 16 лет.
“Это очень положительное достижение на пути к нашей цели, а именно создание более компактных, легких и прочных аккумуляторов”, – сказал Чи. Результаты были опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.
Литий-ионные аккумуляторы широко применяются в качестве источника энергии для электромобилей и портативной электроники, поскольку сохраняет довольно большое количество энергии и относительно компактно. Принцип действия таких батарей основан перебежать на литий-ионной за счет жидкого электролита между двумя терминалами под названием анод и катод.
Ученые уже давно пытаются создать аккумулятор, в котором анод выполнен из кремния. Преимущество такого решения состоит в том, каким образом литий-ионы соединяются с кремнием при заряде. До 4-х литий-ионных висят на каждом атоме кремния анода для сравнения, только одна литий-атом связывается с шестью атомами углерода в применяемом сегодня графита анода. Это на увеличение емкости батареи.
Однако это приводит к увеличению анодного четыре раза от своего первоначального объема. Кроме того, некоторые электролиты будут реагировать с кремнием, и покрыть без подзарядки производить. Если литий вытекает из анода при разгрузке, то анод насаженного на свой первоначальный размер и покрытие трескается, обнажая свежий кремний для электролитов.
Всего за несколько циклов, расширение и сужение в связи с нападением электролита, анод расходуется в ходе процесса под названием “Description”.
За последние пять лет, группа Чи постепенно увеличенная стойкость кремния из анодов путем нанопроволоки, а затем из полых кремниевых наночастиц. Ваш новый образец состоит из пустыни кремниевых нанотрубок, которые покрыты тонким слоем оксида кремния – очень хорошее керамического материала.
Этот прочный наружный слой держит наружной стенки нанотрубок от расширения, так что она остается невредимой. Вместо расширения, безопасный силикон полые внутренности заполняет между двумя стенами, их размеры слишком малы для проникновения молекул электролита. После 6000 циклов он 85% первоначальной емкости держит.
Чи сказал, что дальнейшие исследования будут направлены на упрощение процесса создания двустенных кремниевых нанотрубок. Часть его группа работает над созданием нового высокоэффективного катода, то будет несколько новых анод в виде батареи, емкость которой в пять раз больше, чем современные образцы литий-ионных батарей.
В 2008 году Чи основал фирму Amprius, аноды через соответствующие разрешения на Стэнфорда патенты на разработанные им кремний запросу.
Оригинальное (англ. Язык): Phys.org
Ukrainian стихи: Новая батарея podcast чудеса і довговічності most