Случайно открыт способ сделать более долговечными литие-ионные батареи

Срок службы 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.

Это еще не все. Даже если такой аккумулятор заряжается очень быстро, а быстро в данном случае означает, что заряд разряженного аккумулятора восполняется за 6 минут, 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, и, кроме того, масштабируемую технологию производства, что должно заинтересовать производителей аккумуляторов.

Стоит отметить, 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?

Оказывается, что первоначально команда исследователей было сосредоточена, прежде всего, 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.

Кроме того, 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.

С течением времени, сердечники из алюминия внутри оболочек стали больше и больше сокращать. Была создана структура, которая позволяет, облегчить процесс зарядки без особых последствий для срока службы анода — что-то наподобие яйца без белка.

Так, в очередной раз в истории помог случай решить проблему, которая не была в поле интересов исследователей

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *