| 0 |
|
Химия литий-ионных батарей накладывает свои ограничения на емкость батарей, для дальнейшего ее увеличения ученые ведут поиск перспективных электродных материалов, одним из которых является кремний.
Батареи с кремниевым электродом могут работать на 30% дольше, чем с графитовым, а сегодняшний средний электромобиль смог бы проехать с ней примерно 210 км на одной зарядке.
К сожалению, кремний имеет серьезный недостаток — при зарядке он увеличивается в объеме в три раза, и создаваемые при этом внутренние напряжения ведут к быстрому разрушению электрода.
Джейсон Чжан (Ji-Guang «Jason» Zhang) и его коллеги из лаборатории PNNL (Pacific Northwest National Laboratory) в решении этой проблемы прошли проторенным предыдущими исследованиями путем, предложив сделать материал электрода пористым. Однако, если до этого поры вырезались на поверхности кремния, им удалось получить материал с пустотами, распределенными равномерно по глубине, использовав процесс, разработанный Майклом Сэйлором (Michael Sailor) из Калифорнийского университета в Сан-Диего.
Тонкие кремниевые пластины помещали в химическую ванну, и, после вытравливания в них мельчайших сквозных отверстий, покрывали тонким слоем проводящего углерода, получая электроды.
Исследование материала с применением трансмиссионного электронного микроскопа позволило непосредственно наблюдать за происходящими в нем изменениями. Оказалось, что расширение электрода в процессе зарядки происходит главным образом в пустоты, образованные пористой структурой. Внешнее расширение при этом составляет лишь 30% объема, что в 10 раз меньше, чем у сплошных кремниевых электродов, и не приводит к нарушению целостности материала. После более 1000 циклов перезарядки новый электрод сохранил свыше 80% первоначальной энергоемкости.
В дальнейших планах Чжана и его соавторов публикации в Nature Communications от 8 июля — изготовление более крупного прототипа, а также оптимизация процесса производства пористых электродов, нацеленная на снижение их себестоимости.
Альтернативный процесс получения нанопористого кремния для электродов — из кварцевого песка — разработан в UC Riverside и описан в последнем выпуске Scientific Reports.
Песок с большим содержанием кварца (двуокиси кремния) очищают от примесей и размалывают в нанометровую пыль. После этого его смешивают с солью и магнием, и разогревают. Соль действует как теплопоглотитель, а магний связывает кислород — в результате получается объемная губчатая структура из чистого кремния.
Преимуществом этого процесса является его дешевизна, поскольку соль и и магний получают из морской воды, а песок — валяется под ногами. Литий-ионные батареи с подобным анодом позволят перезаряжать смартфоны раз в три дня, а не ежедневно, как сейчас.
Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365
| 0 |
|
