Литиевые батареи эволюционируют благодаря нанопроводникам
Литий-ионные батареи широко используются в электрических транспортных средствах, став в то же время объектом для исследований в области улучшения общей эффективности, долговечности и надежности. Новый тип электрода с нанопроводниками, разработанный специалистом по материалам и инженерии профессором Ю Кю (Yi Cui) из Стэнфорда, является следующим этапом развития этих характеристик. Новые электроды могут хранить в шесть раз больший заряд, нежели графитовые в существующих литиевых батареях, что прямо отражается на увеличении проходимого электромобилем пути на одном заряде.
Денис Борн
Когда литиевый аккумулятор заряжен, ионы лития перемещаются от положительного электрода (катода) к отрицательному (аноду). Кремний является одним из многообещающих материалов для анода, потому как способен хранить более чем в 10 раз больше ионов по сравнению с графитом при той же массе. Но, поглощая заряд, кремний увеличивается в объеме до 4 раз, приходя в негодность после нескольких рабочих циклов.
На выручку приходят нанопроводники. Кю вместе с коллегами создал новый материал, разместив аморфный кремний на углеродных нанопроводниках. В результате последние обрели способность удерживать заряд около 2000 мАч на один грамм, тогда как для графитовых анодов этот показатель не превышает 360 мАч. К тому же углеродная основа делает электроды жесткими. Кю описывает преимущества: «Ионы лития также поглощаются углеродом, но его объем увеличивается на 10% или меньше». В ходе тестов нанопроводники легко выдержали 50 циклов перезарядки. Прежде исследователи пытались производить электроды из нанопроводников в виде чистого кристаллического кремния. Они втрое превосходили по эффективности графитовые, однако более 20 циклов не выдерживали.