Графен-боровый анод увеличивает емкость батарей вдвое

После ряда неудач ученые-теоретики университета Райса нашли способ, как с помощью графена улучшить конструкцию высокоемких литий-ионных батарей.

Вместе со специалистами из института Honda Research, они первоначально рассчитали теоретическую способность удержания ионов лития для листа графена и ее зависимость от кривизны (для нанотрубок) или топологических дефектов. Численное моделирование не показало сколь-нибудь существенного выигрыша от применения графена как в его идеальном виде с ненарушенной гексагональной структурой, так и при наличии пяти- или семиугольных включений.

«Тогда мы решили испробовать дефекты других типов, заменяя отдельные атомы углерода другими элементами, образующими более привлекательные центры для поглощения лития», — рассказывает в журнале Physical Chemistry Letters физик-теоретик Борис Якобсон (Boris Yakobson). По его словам, смесь углерода с бором в пропорции 3:1 оказалась оптимальной, максимально активируя способность графена поглощать ионы лития.

Бор притягивает ионы в структуру анода, но не настолько сильно, чтобы препятствовать их переходу на катод. Новый материал анода обеспечивает емкость вдвое больше, чем обычно используемый для этого графит. Согласно расчетам, полностью насыщенный литием лист двумерного графена-бора вмещает 714 мАч на грамм, что дает плотность энергии 2120 Вт·ч/кг. Это намного превышает емкость, которую в коммерческих батареях дает применение графитового анода в комбинации с катодом из оксида лития-кобальта. Кроме того, двумерный материал не испытывает заметного растяжения и сжатия в процессе зарядки-разрядки.

Важным следующим этапом станет поиск способа синтезировать графен-бор в промышленных количествах. Подходящие методы уже известны, но они пока не доступны коммерчески.

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI