Am găsit o modalitate de a crește capacitatea bateriilor litiu-ion de 10 ori

În întreaga lume, zeci de grupuri de cercetare caută opțiuni pentru creșterea semnificativă a capacității bateriilor litiu-ion. Introducerea siliciului în structură este considerată o direcție promițătoare, dar fragilitatea sa, fragilitatea compușilor pe baza acestuia și alte probleme nu au permis acest lucru pentru o lungă perioadă de timp.

Dar se pare că oamenii de știință din Japonia au reușit să găsească o soluție la problema siliciului. Au venit cu un nou design al anodului, realizat din arcuri de siliciu de dimensiuni nano, care oferă rezistența și durabilitatea necesare.

Bateriile moderne litiu-ion și dezavantajele acestora

Deci, pentru început, doar câteva cuvinte despre modul în care funcționează bateriile litiu-ion. Deci, după cum știți, o baterie constă dintr-o pereche de electrozi (catod și anod) și o soluție electrolitică. Deci, sarcina principală a electrolitului este transferul ionilor de litiu între catod și anod, care este doar din grafit.

Deci, în timp ce încărcați bateria, ionii de litiu se mișcă de-a lungul căii catod-soluție-anod. În procesul de descărcare, mișcarea ionilor are loc în direcția opusă.

Acest design s-a dovedit bine și a funcționat de mai bine de o duzină de ani. Dar principalul dezavantaj al întregului design depanat constă în faptul că șase atomi de carbon trebuie folosiți simultan în anodul de grafit pentru a stoca un ion de litiu. Din acest motiv, aceste baterii au o densitate redusă de energie.

Siliciul și aplicațiile sale

Cu toate acestea, dacă ne uităm la un astfel de material ca siliciu, atunci unul dintre atomii săi este capabil să se lege cu patru ioni de litiu simultan, ceea ce dă o creștere de aproape 10 ori a densității energetice. Totul pare să fie în regulă, dar oamenii de știință încă nu au reușit să stabilizeze siliciu.

Deoarece este predispus la expansiune semnificativă (până la 400% din volumul original), contracții și ruperea în timpul funcționării bateriei, atunci toate aceste efecte de deformare au distrus anodii de siliciu destul de repede.

O echipă de cercetători de la Institutul Okinawa de Tehnologie și Tehnologie Absolventă (OSIT) a propus o soluție la problema stabilizării anodului de siliciu. Inginerii au efectuat o gamă întreagă de experimente cu straturi de siliciu de diferite grosimi în căutarea unei medii aurii, în care să fie îndeplinite condițiile de densitate ridicată a energiei și stabilitatea bateriei.

Oamenii de știință au descoperit că pe măsură ce stratul de siliciu crește, mai întâi există o creștere a rigidității și, după un anumit punct, există o scădere bruscă. S-a decis să se studieze mai în detaliu motivul acestei tranziții, iar acesta este ceea ce oamenii de știință au reușit să stabilească.

S-a dovedit că atunci când siliciul este depus pe nanoparticule metalice, încep să se formeze coloane mici sub formă de conuri inversate, care se îngroașă spre vârf.

Se pare că odată cu depunerea unui număr tot mai mare de atomi de siliciu și, în consecință, creșterea stâlpilor, aceștia devin atât de largi încât se ating unul de celălalt și formează astfel o structură arcuită a unui nanometru scară.

O astfel de structură este destul de puternică și chiar utilizată de oameni în construcții. Și se dovedește că înainte ca aceste nano arcuri să fie formate, structura este destul de slabă, iar creșterea lor chiar mai mare creează o structură spongioasă cu găuri, care nu este atât de eficientă.

Și numai în momentul formării unor astfel de arcuri, se creează o balanță, care face posibilă asigurarea unei capacități de încărcare crescute și este capabilă să reziste unui număr mare de cicluri de încărcare / descărcare.

Nu se știe încă când vor fi puse în vânzare noile baterii litiu-ion cu anod de siliciu, dar faptul că această direcție este promițătoare poate fi recunoscut deja în această etapă.

Ți-a plăcut materialul? Apoi ridică degetul și abonează-te la canal. Vă mulțumim pentru atenție!