Кремний-углеродный анод сокращает время зарядки батарей в 16 раз

Литий-ионные батареи, несмотря их популярность, все же недостаточно эффективны для ряда перспективных приложений. Из-за этого, в частности, в электромобилях основная доля общей массы приходится на аккумуляторы. Кроме того, размеры батарей все чаще являются сдерживающим фактором для дальнейшей миниатюризации портативной электроники.

В связи с этим, большое внимание в последние годы привлекает кремний в качестве нового анодного материала. Его емкость в 10 раз выше, чем у графита, применяемого в анодах коммерческих батарей. Замена графита на кремний может привести к увеличению энергоемкости батарей на 63%, либо к уменьшению их габаритов и массы на 40%.

В статье «Silicon Decorated Cone Shaped Carbon Nanotube Clusters for Lithium Ion Battery Anode», недавно опубликованной в издании SMALL, сотрудники Калифорнийского университета в Риверсайде (UC Riverside), описали разработанную ими новую структуру трехмерного кремния с коническими кластерами углеродных нанотрубок. Кластеры были выращены методом осаждения из газовой фазы, а аморфный кремний нанесен катодным распылением в плазме магнетронного разряда (магнетронное распыление).

Литий-ионные батареи с электродами, базирующимися на этой структуре, демонстрируют высокую емкость (1954 мАч/г) и отличную циклическую электрохимическую стабильность при скорости зарядки и разрядки в 16 раз больше, чем у стандартных графитовых анодов.

Исследователи объясняют отмеченный феномен сверхбыстрой зарядки-разрядки двумя причинами. Одна из них заключается в органичном соединении покрытой графеном медной фольги и углеродных нанотрубок — это улучшает целостность контакта активного материала с токоприемником, а следовательно и перенос зарядов и тепла в системе электродов. Другая — мельчайшие взаимопроникающие каналы в конической архитектуре, которые ускоряют доступ электролита в электроды.

Будучи внедренной в конструкцию литий-ионных аккумуляторов, новая анодная архитектура, по мнению ее разработчиков из UC Riverside, позволит сократить время зарядки всевозможных портативных устройств с нескольких часов всего до 10 минут.

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI