Благодаря графеновой оболочке ёмкость аккумуляторов может увеличиться в 10 раз

15.02.16 | Рубрика: Литиевые источники тока. Просмотры: 1 050

Подобное обещание давалось уже ни один раз. Технология изготовления аккумуляторов в последние годы претерпела только небольшие изменения. Заряд стал сохраняться дольше, а также сократилось время зарядки, и сошел на «нет» эффект памяти. Тем не менее, значительного увеличения ёмкости добиться пока не удалось.

Теперь же ученые из Стэндфордского Университета и Национальной Исследовательской Лаборатории SLAC Департамента Энергетики разработали метод, при котором в литий-ионных батареях в качестве анода может быть использован кремний. Такие батареи смогут иметь ёмкость, в 10 раз превышающую ёмкость современных аккумуляторов. Соответственно, при сохранении такой же ёмкости новые батареи смогут быть в 10 раз меньше и легче, чем существующие модели.

Производство графеновой оболочки
Ученые использовали уникальное свойство кремния, который увеличивается в 3 раза при зарядке, а затем взрывается, высвобождая энергию. Однако, при этом кремний вступает во взаимодействие с электролитом и образует пленку, которая даже в теории ухудшает производительность. Чтобы избежать этого, команда ученых помещает кремниевый анод в оболочку из графена.

Такая графеновая оболочка позволяет кремнию увеличиваться в размерах, одновременно удерживая частицы во время взрыва. То есть оболочка достаточно пластична, чтобы растягиваться и снова сжиматься. Кроме этого, графен защищает кремний от реакции с электролитом. Эта технология может использоваться и с другими сочетаниями катодов и анодов. Чтобы обеспечить правильную форму оболочки, частицы кремния покрывают сначала слоем никеля. Никель действует как катализатор для последующего применения графена. В конце никелевую прослойку вытравливают.

Замедленная съемка увеличения кристалла кремния в оболочке
Необходимые частицы кремния имеют размер 3 микрона. Сырье для такого производства можно будет найти легко и без лишних затрат. Необходимые частицы появляются, когда цельные кристаллы кремния нагревают, чтобы добиться нужного размера для последующего производства чипа. Такие большие частицы кремния не годятся для обычных аккумуляторов и могут быть использованы только в сочетании с графеновой оболочкой.