Наночастицы поднимут литий-ионные батареи на качественно новый уровень

Наночастицы поднимут литий-ионные батареи на качественно новый уровень

Литий-ионные аккумуляторы вырабатывают электричество, перемещая ионы между двумя электродами — отрицательно заряженным катодом и положительно заряженным анодом. Но в своем нынешнем состоянии они растянуты до предела. Больше увеличивать потока ионов лития попросту нельзя из-за износа материала анода, который имеет тенденцию к разбуханию и сжатию во время зарядки и разрядки, что приводит к большему напряжению и сокращению срока службы батареи.

Ученые видят решение в виде частиц т.н. «оболочки желтка», которые улучшают способность к циклированию благодаря полым пустотам, приспосабливающимся к изменениям объема при зарядке и разрядке батареи, обеспечивая при этом стабильную внешнюю поверхность. Обмен анодного материала из металлического сплава на аналог из таких частиц долгое время рассматривался как перспективная альтернатива, но изготовление их экономически эффективным способом оказалось проблематичным.

«Специально спроектированные полые наноматериалы существует уже давно, и это в самом деле многообещающий подход для улучшения срока службы и стабильности батарей с высокой плотностью энергии», пояснил автор исследования Мэтью Макдауэлл из Технологического института Джорджии. «Проблема заключалась в том, что синтез таких наноструктур в больших масштабах, необходимых для коммерческого применения, является сложным и слишком дорогостоящим. Наше открытие предлагает более простой и упорядоченный процесс, который может привести к повышению производительности».

Открытие, сделанное Макдауэллом и его коллегами из Georgia Tech, ETH Z?rich и Oak Ridge National Laboratory, начинается с крошечных частиц, в тысячу раз меньших ширины человеческого волоса. Исследователи обнаружили, что нанокристаллы сурьмы, покрытые оксидом, будут самопроизвольно «выдавливаться» во время зарядки аккумулятора, вместо того, чтобы расширяться и сокращаться, как ожидалось.

Этот механизм был подтвержден с помощью электронных микроскопов высокого разрешения. Оказалось, что сурьма включается в процесс через упругий оксидный слой, который позволяет материалу расширяться при поступлении ионов в анод, но при этом создает пустоты при удалении ионов, а не приводит к типичному усадочному поведению.

«Когда мы впервые увидели характерную полость, то сразу поняли, что она может оказать значительный эффект на производительность батареи», пишет Макдауэлл.

Хотя сами по себе наночастицы являются захватывающим открытием, перед командой стоит несколько проблем. Сурьма сама по себе дорога и по этой причине в настоящее время не используется в производстве аккумуляторных электродов. Тем не менее, ученые подозревают, что другие, более дешевые материалы, такие как олово, могут демонстрировать аналогичное поведение. В будущем они надеются изучить возможности большего числа материалов и провести исследования более крупных батарей, чтобы наконец разработать полноценный коммерческий аналог.


Влад Кулиев, Supreme2.Ru

Коды для вставки в блог\форум




Интересные новости
ВОЗ: пандемия коронавируса не сезонна, это "одна большая волна"ВОЗ: пандемия коронавируса не сезонна, это "одна большая волна"
Ядерный реактор для Луны построит частная компанияЯдерный реактор для Луны построит частная компания
ЮжМаш готов выпускать ракеты-носители легкого классаЮжМаш готов выпускать ракеты-носители легкого класса
Марсоход NASA «Настойчивость» отправился искать жизнь на Красной планетеМарсоход NASA «Настойчивость» отправился искать жизнь на Красной планете
Илон Маск еще раз заявил об опасности искусственного интеллектаИлон Маск еще раз заявил об опасности искусственного интеллекта
Блок рекламы


Похожие новости

NASA запустит новый телескоп в стратосферу на воздушном шареNASA запустит новый телескоп в стратосферу на воздушном шаре
Через 10 миллионов лет в Африке появится новый океанЧерез 10 миллионов лет в Африке появится новый океан
Новый свиной грипп опасен и может вызвать еще одну пандемиюНовый свиной грипп опасен и может вызвать еще одну пандемию
Началось строительство крупнейшей батареи с «жидким воздухом»Началось строительство крупнейшей батареи с «жидким воздухом»
Ученые свернули солнечные батареи в шар и получилась почти революция
Создан новый материал имитирующий биологические тканиСоздан новый материал имитирующий биологические ткани
Именем The Beatles назвали новый вид жуков
Ученые открыли новый тип природного камуфляжаУченые открыли новый тип природного камуфляжа
Уровень смертности от гриппа сравнили с числом погибших от COVID-19Уровень смертности от гриппа сравнили с числом погибших от COVID-19
Найден новый вид саблезубого анчоуса-хищникаНайден новый вид саблезубого анчоуса-хищника
Последние новости

Подгружаем последние новости