Пронашли смо начин за повећање капацитета литијум-јонских батерија за 10 пута

Широм света десетине истраживачких група траже могућности да значајно повећају капацитет литијум-јонских батерија. Увођење силицијума у ​​структуру сматра се правцем који обећава, али његова крхкост, крхкост једињења на бази њега и други проблеми то дуго нису дозвољавали.

Али изгледа да су научници у Јапану успели да пронађу решење за проблем силицијума. Они су смислили нови дизајн аноде, направљен од силицијумских лука нано величине, који дају потребну чврстоћу и издржљивост.

Савремене литијум-јонске батерије и њихови недостаци

За почетак, само неколико речи о томе како раде литијум-јонске батерије. Дакле, као што знате, батерија се састоји од пара електрода (катода и анода) и електролитског раствора. Дакле, главни задатак електролита је пренос литијумових јона између катоде и аноде која је управо направљена од графита.

Дакле, док пуне батерију, литијумови јони се крећу дуж путање катода-раствор-анода. У процесу пражњења кретање јона се дешава у супротном смеру.

Овај дизајн се добро показао и радио је више од десетак година. Али главни недостатак целог овог отклоњеног дизајна лежи у чињеници да се у графитној аноди мора одједном користити шест атома угљеника за складиштење једног литијумовог јона. Из тог разлога ове батерије имају малу густину енергије.

Силицијум и његове примене

Па ипак, ако посматрамо такав материјал као што је силицијум, онда је један од његових атома способан да се веже са четири литијумова јона одједном, што даје готово 10 пута повећање густине енергије. Чини се да је све у реду, али научници још увек нису успели да стабилизују силицијум.

Будући да је склона значајном ширењу (до 400% првобитне запремине), контракције и ломљење током рада батерије, тада су сви ови ефекти деформације уништили силицијумске аноде довољно брзо.

Истраживачки тим са Института за постдипломске технологије и технологију Окитава (ОСИТ) предложио је решење проблема стабилизације силиконске аноде. Инжењери су извели читав низ експеримената са слојевима силицијума различитих дебљина у потрази за златном средином, у којој ће бити испуњени услови велике густине енергије и стабилности батерије.

Научници су открили да како се слој силицијума повећава, прво долази до повећања крутости, а након одређене тачке долази до наглог смањења. Одлучено је да се детаљније проучи разлог ове транзиције и то је оно што су научници успели да утврде.

Испоставило се да када се силицијум таложи на металним наночестицама, почињу да се формирају ситни стубови у облику обрнутих чуњева који се према врху згушњавају.

Испада да таложењем све већег броја атома силицијума и, сходно томе, растом стубова, они постају толико широке да се додирују и тако чине лучну структуру нанометра Скала.

Таква структура је прилично јака и чак је користе људи у грађевинарству. И испоставља се да је пре формирања ових нано лукова структура била прилично слаба, а њихов још већи раст ствара спужвасту структуру са рупама, што и није толико ефикасно.

И само у тренутку формирања таквих лукова ствара се равнотежа, која омогућава обезбеђивање повећаног капацитета пуњења и способна је да издржи велики број циклуса пуњења / пражњења.

Још није познато када ће се нове литијум-јонске батерије са силиконском анодом наћи у продаји, али чињеница да је овај правац обећавајући може се препознати већ у овој фази.

Да ли вам се свидео материјал? Затим подигните прст и претплатите се на канал. Хвала на пажњи!