Прорыв для литий-ионного аккумулятора: кремниевые нанотрубки увеличивают емкость в 10 раз

Автор: kolinos | Рубрика: Электрические автомобили (электромобили)

Создав литий-ионную супер-батарею с кремниевыми нанотрубками, исследователи из Стэнфордского университета и Ханьянского университета (Корея), в сотрудничестве с компанией LG Chem (создателя аккумулятора Chevy Volt), совершили прорыв, который может изменить будущее электрических машин.

Еще слишком рано, чтобы знать наверняка, но то, что на данный момент известно, является весьма перспективным. Они показали, что при замене обычных графитовых электродов в литий-ионных аккумуляторах на электроды из кремниевых нанотрубок (именно кремниевых, а не углеродных в более общем понимании), можно повысить емкость в 10 раз. Это может не только значительно расширить диапазон электрических машин, но также сделать бензиново-электрические гибриды более эффективными, позволив им работать на электрической тяге более длительный период времени.

Вот выдержка из статьи Nano Letters под названием «Аккумуляторные аноды из кремниевых нанотрубок»:

«Мы представляем кремниевые нанотрубки, изготовленные посредством восстановительной декомпозиции кремниевого продукта в окиси алюминия и травления. Эти нанотрубки показывают впечатляющие результаты: во-первых, демонстрируют очень высокую обратимую удельную емкость 3247 мА*ч/гр с кулоновской эффективностью 89%; во-вторых, показывают превосходное сохранение емкости, соответствующее оценке 5C (= 15 А/гр). Кроме того, полностью заряженные литий-ионные батареи, в состав которых входят катод LiCoO2 и анод, на основе кремниевых нанотрубок, имеют в 10 раз большую емкость, чем промышленные аккумуляторы с графитовыми электродами, даже после 200 циклов (зарядки-разрядки).

Профессор прикладной химии Ханьянского университета Джефил Чо (Jaephil Cho), возглавляющий исследования по анодам из нанотрубок, говорит, что эта технология может увеличить мощность аккумуляторов гибридных автомобилей в 6 – 8 раз».

Technology Review пишет: «Кремниевые аноды имеют более высокую энергоемкость, чем обычные графитовые, поскольку этот материал может вмещать до 10 раз больше лития по весу, чем графитовый углерод. Действительно, кремний поглощает в себя так много лития – увеличиваясь в объеме больше чем в 4 раза – что это может стать недостатком. Механическая нагрузка на хрупкий материал настолько велика, что кремниевые аноды просто растрескиваются после того, как их несколько раз заряжают и разряжают. Поэтому Джефил Чо и ученый-материаловед Стэнфордского университета Йи Кюи (Yi Cui), разрабатывают наноструктурированный кремний, который лучше выдерживает эти нагрузки. Они создали аноды на основе кремниевой нанопроволоки и кремниевой наногубки. В настоящее время они участвуют в разработке анодов на основе кремниевых нанотрубок, чья емкость лучше, чем у других наноструктурных кремниевых материалов».

Впечатляет! Но …

Проблемы в будущем

Прежде, чем электрические автомобили (и грузовики, и автобусы) могут воспользоваться высокоэффективными литий-ионными аккумуляторами с анодами из кремниевых нанотрубок, нужно будет решить ряд технических проблем.

Среди прочего, необходимо доказать, что аноды могут сохранять емкость после тысячи циклов зарядки-разрядки. Аноды из кремниевых нанотрубок продемонстрировали сохранение емкости при 200 циклах, но этого недостаточно. Другая проблема состоит в том, чтобы соединить высокоэффективный анод с соответствующим катодом, который будет также сохранять емкость в 10 раз больше.

Поделиться в соц. сетях