Литий-ионные аккумуляторы могут стать более ёмкими и долговечными

29 июня
2012
Отрасль

Исследователи из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (подразделение молекулярных работ) при Министерстве энергетики США разработали литиевые аккумуляторы с новой конструкцией анода, демонстрирующие всемеро большую ёмкость, а также более длительный жизненный цикл. 

 Литиевые батареи — энергетическая основа широчайшего спектра устройств, от смартфонов до электромобилей и гибридов. В попытке улучшить существующие литий-ионные батареи авторы рассматриваемого исследования изменили материал и конструкцию их электродов. 

Рис. 1. При незаряженном аккумуляторе кремниевые шарики в аноде сжаты и занимает лишь часть углеродной оболочки, а в заряженном состоянии увеличиваются и заполняют весь объём.

 

В обычном литиевом аккумуляторе электроны перетекают через электролит от катода (например, LiCoO2) к аноду, выполненному, как правило, из углерода. При зарядке батареи процесс идёт в обратном направлении. 

В последние годы в качестве перспективного нового материал для электродов рассматривались наночастицы кремния, обладающего существенной способностью по удержанию ионов. Проблемой было то, что при накоплении ионов кремний существенно расширяется в геометрических размерах, что трудно совместить с сохранением работоспособности электрода: остальные материалы батареи в объёме не изменяются, что может привести к механическим повреждениям внутренностей аккумулятора.


Рис. 2. Изображение электронного микроскопа показывает кремниевые частицы до капсулирования их углеродом (слева) и после (справа). На правом изображении хорошо виден зазор между кремнием и стенками углеродных сфер.

 

Чтобы избежать подобного, кремниевые наночастицы были «упакованы» в сферические оболочки из углерода, применяемого в литиевых батареях сегодня. При этом между кремнием и углеродом было оставлено расстояние, которое позволяло бы углеродным сферам не быть разорванными изнутри при расширении кремния. 

Испытания аккумулятора с анодом, построенным по этому образцу, показали, что его ёмкость поднялась до 2 800 мА•ч, а жизнеспособность увеличилась до 1 000 циклов зарядки-разрядки при снижении ёмкости всего до 74% от изначальной. Таким образом, ёмкость повысилась семикратно по сравнению с существующими литиевыми накопителями, а жизненный цикл стал впятеро длиннее.

По словам разработчиков, процесс изготовления анода нового типа прост и легко масштабируем, что позволит без серьёзных проблем внедрить его в массовое производство. 

Поделиться
Другие материалы
29 июня
2020 11:51:00
Спущен на воду полностью электрический катамаран
Компания
27 марта
2020 11:19:00
Благодарность компании "Системы накопления энергии" в адрес "Лиотех"
Компания
12 марта
2020 13:00:00
К 2024 году объем рынка систем накопления энергии на базе литий-ионных аккумуляторов составит 15 ГВт в год
Отрасль