Инженер из Канзаса изобрёл бумажный супер-электрод

Гурприт Сингх (Gurpreet Singh), доцент Канзасского университета, вместе с возглавляемой им группой разработал бумагоподобный композитный электрод для литий-ионных батарей, состоящий из графена и оксикарбида кремния. Об этом рассказывает статья, вышедшая в Nature Communications.

Целью канзасских инженеров было изучение новых материалов для батарей на основе кремния и графена. Внедрение их в практические конструкции сталкивалось с многими трудностями при высоких массовых нагрузках, включая низкую объёмную ёмкость, плохую циклическую эффективность и химико-механическую нестабильность.

Команда Сингха нашла решение в создании самоподдерживающегося и готового к применению электрода, состоящего из стеклокерамического оксикарбида кремния, заключённого между пластинами химически модифицированного графена (CMG). Такая конструкция обладает довольно высокой удельной ёмкостью, примерно 600 миллиампер-часов на грамм или 400 миллиампер-часов на кубический сантиметр. Её обеспечивает оксикарбид кремния, тогда как 20%-е содержание CMG придает структуре бумагоподобные свойства. Последние особенно важны, так как позволяют обойтись без поддерживающей основы из металлической фольги и полимерного клея — за счёт этого итоговую массу батареек можно уменьшить на 10%.

Сознанный прототип демонстрирует целый спектр оптимальных рабочих характеристик. Он как минимум на 10% легче других батарейных электродов, изготовлен из дешёвых материалов, являющихся побочными продуктами кремниевой индустрии. Он также обладает великолепной циклической стабильностью, сохраняя почти 100% исходной емкости после 1000 и более циклов эксплуатации. И наконец, такой электрод функционирует при температурах до –15 °C, что обеспечивает ему многочисленные приложения в аэрокосмической сфере.

На следующем этапе работ команда собирается провести тесты на механическое сгибание, чтобы понять как они влияют на эксплуатационные характеристики электрода. Ещё одной областью интересов Сингха является использование для изготовления таких электродов технологий 3D-печати.