Анод из наночастиц кремния увеличивает емкость батарей втрое

В университете Южной Калифорнии разработана конструкция недорогих литий-ионных батарей, в которых в качестве материала анода вместо традиционного графита применяются пористые наночастицы кремния. Такая замена приводит к увеличению энергоемкости аккумулятора втрое и сокращению времени перезарядки — оно составляет менее 10 минут.

Прежние попытки использовать кремний наталкивались на проблему быстрого разрушения материала анода из-за периодических распухания и сжимания, происходящих в ходе зарядки-разрядки батарей. Калифорнийские ученые ранее экспериментировали с пористыми кремниевыми нанопроводами диаметром менее 100 нм и длиной несколько микрон. Мельчайшие поры позволяли кремнию расширяться и сжиматься без разрушения, и одновременно увеличивали площадь активной поверхности, что улучшало характеристики аккумулятора.

При всех достоинствах такие батареи имели существенный недостаток: нанопровода сложно получать в условиях массового производства. Решить эту проблему удалось, взяв коммерчески доступные наночастицы (мельчайшие кремниевые сферы) и разработав методику введения в них таких же пор, как и в нанопроводах.

Модернизированные батареи защищены предварительным патентом и должны появиться в продаже в пределах двух-трех лет. Они смогут использоваться практически везде — от сотовых телефонов до гибридных автомобилей.

Для этого, прежде всего, предстоит увеличить срок их эксплуатации. Графитовые аккумуляторы рассчитаны на 500 циклов перезарядки, а батареи на наночастицах пока выдерживают около 200 циклов. Прежняя конструкция с применением нанопроводов сохраняла работоспособность на протяжении до 2 тыс. циклов, поэтому ученые уверены, что модифицируя наночастицы им удастся добиться требуемого прироста долговечности новых аккумуляторов.