Life time литий-ионного аккумулятора – это одна из особенностей, которая является показателем его пригодности. Это количество циклов зарядки-разрядки, которые может пропустить батарея, прежде чем ее рабочие параметры значительно ухудшатся. Ученые настойчиво ищут методы повышения этой характеристики аккумуляторов, но на этот раз успех группы из Массачусетского Технологического Института и китайского Университета в Циньгуа в этой области обеспечил случай.
На данный момент они провели успешные попытки развития технологии, обеспечивающей гораздо большую, чем до сих пор емкость аккумулятора при тех же размерах, и улучшив также срок его службы. Ключевым здесь оказалось применение наночастиц в структуре яйца (с оболочкой из диоксида титана и сердечника из алюминия) в качестве материала для анода.
Алюминий в данном случае является тем, чем является графит в традиционных литий-ионных батареях. Энергетическая емкость новаторских электродов (1,2 Ач/г) почти в три раза больше, чем у графита (0,35 Ач/г), а это означает значительный скачок емкости аккумуляторов.
That's not all. Даже если такой аккумулятор заряжается очень быстро, а быстро в данном случае означает, что заряд разряженного аккумулятора восполняется за 6 minutes, ему удается сохранить примерно 50% емкости после 500 циклов такой зарядки. Аккумулятор подзаряжается в стандартном темпе и сохраняет свои номинальные параметры гораздо дольше.
Решение объединенной команды использует дешевые простые и материалы, and, Besides, масштабируемую технологию производства, что должно заинтересовать производителей аккумуляторов.
It is worth noting, что в апреле ученые из Стэнфордского университета предложили другое решение – алюминиево-ионный аккумулятор. Слабость той конструкции заключалась в напряжении 2 V, в два раза меньше, чем в литий-ионных батареях.
Что это был за случай?
It turns out, что первоначально команда исследователей было сосредоточена, first of all, на устранении проблем, которые в целом создает использование алюминия в качестве материала анода в литий-ионных аккумуляторах. Проблема заключалась в том, что на поверхности алюминия, которая находится в контакте с жидким электролитом, образуется оболочка, отрицательно влияющая на проводимость.
Besides, электроды в литий-ионных батареях меняют свой объем в процессе цикла зарядки-разрядки. Сильные напряжения, которые возникают в процессе зарядки приводят к повреждению наружных слоев электродов, а в результате – к снижению емкости по мере эксплуатации. Чем выше емкость предлагает данный материал с большим натяжением, тем выше риск повреждения внутренних соединений в аккумуляторной батарее.
Решением обеих проблем было замена образующего на поверхности частиц алюминия слоя оксида алюминия, слоем диоксида титана. Последний при этом не только тонкий (несколько нм), но и обеспечивает высокую проводимость.
Переходя от идеи к его реализации, было решено провести эксперимент, который заключался в специальной ванне алюминиевого порошка. Титановая оболочка была создана почти сразу же вокруг частиц алюминия, однако купание продолжалось несколько часов, гораздо дольше, чем было запланировано.
Over time, сердечники из алюминия внутри оболочек стали больше и больше сокращать. Была создана структура, which allows, облегчить процесс зарядки без особых последствий для срока службы анода – что-то наподобие яйца без белка.
So, в очередной раз в истории помог случай решить проблему, которая не была в поле интересов исследователей
