Ученые обещают увеличить емкость аккумуляторов и уменьшить время заряда в 10 раз

Группа исследователей из Северо-Западного университета (Northwestern University) создала электроды, которые увеличат на порядок энергоемкость существующих литий-ионных батарей и сократят в 10 раз время их зарядки.

Емкость батареи ограничивается возможностью электродов накапливать заряд, а время зарядки определяется скоростью перемещения ионов от анода к катоду – чем они ближе, тем меньше время заряда. Современная технология производства литий-ионных аккумуляторов использует углерод (в виде множества слоев графена) в качестве материала для электродов, который накапливает ионы лития. Но углерод может захватывать лишь один ион лития на шесть своих атомов. Перспективно использовать в этом качестве кремний, который удерживает уже четыре атома лития на каждый свой атом. Однако при зарядке кремний быстро увеличивается в объеме, что вызывает его разрушение и соответствующую потерю емкости.

Исследователи под руководством профессора Гарольда Кунга (Harold Kung) предложили изменить структуру электродов, добавив между слоями графена кремниевые кластеры. Гибкость графена таким образом компенсирует расширение кремния. Кроме этого, в графеновых листах делаются отверстия размером 10-20 нм. Это так называемая «плоскость дефектов», ускоряющая доступ ионов лития к кремнию и на порядок сокращающая время зарядки.

Кунг утверждает, что в результате таких преобразований становится возможным увеличение ёмкости аккумулятора и скорости подзарядки в десять раз по сравнению с современными батареями. Он так же отмечает, что даже после 150 циклов заряда-разряда, новые аккумуляторы в пять раз эффективнее обычных. Коммерческое использование этой технологии может начаться уже через 3-5 лет.