В США создают литий-ионный аккумулятор на основе кремния

10.08.15 | Рубрика: Литиевые источники тока. Просмотры: 973

Исследователи из Департамента энергетики США работают, чтобы воплотить мечту о легких и емких батареях в жизнь путем разработки литий-ионных аккумуляторов, содержащих материалы на основе кремния. Сегодня наиболее часто используются литий-ионные аккумуляторы на основе графита, но ученые все больше интересуются кремнием, поскольку он может хранить примерно в 10 раз больше лития, чем графит.

Есть только одна проблема — батареи на основе кремниевых материалов не вырабатывают ток слишком долго.

Проблема кроется в химии аккумулятора. Электролит внутри аккумулятора переносит ионы лития взад и вперед между положительными и отрицательными электродами, так как батарея заряжается и разряжается. Положительный электрод содержит литиевые компоненты, в то время как отрицательный электрод содержит графит или кремний.

Ионы лития, реагируя с отрицательным электродом, образуют новые соединения, вызывая расширение электрода, в то время как электролит производит защитное покрытие, называемое межфазным твердым электролитом.

Идеальный межфазный твердый электролит должен остановить реакцию между электродом и электролитом, при этом позволяя проходить литию. Но покрытие также должно расширяться и сжиматься вместе с электродом, иначе оно будет трескаться, и аккумулятор не будет работать.

В аккумуляторах на графитовой основе, электрод расширяется до 10%, что достаточно мало для возникновения трещин. Но электрод на кремниевой основе расширяется до 300%. Этим батареям нужен другой электролит для производства эластичной оболочки.

Исследователи обнаружили, что когда во фтор добавляют этилена карбонат, полученный электролит образует покрытие, способное растягиваться и компенсировать изменения объема в электроде.

«Фтор — это то, что дает молекуле ее особую силу», — пояснили ученые. «Фторэтилена карбонат образует защитный слой, который действует как резина. Наше достижение — показать, как небольшие изменения в молекулярной структуре могут полностью изменить свойства защитной оболочки».

Тем не менее, авторы отмечают, что они еще не полностью решили проблему электролита, пытаясь найти еще более эффективные химические соединения.

Источник: FTimes.ru