Дешевый новый сплав может удвоить объем заряда в литиевых батареях

08.11.17 | Рубрика: Литиевые источники тока. Просмотры: 160

Литий-ионные аккумуляторы являются основой всех видов устройств: от смартфонов и ноутбуков до постоянно растущего числа электромобилей. Поэтому есть спрос со стороны многих сфер в повышении их эффективности благодаря передовым материалам, которые делают их более легкими, компактными и способными удерживать больше энергии.

Новый оловянно-алюминиевый сплав, разработанный инженерами в Техасе, эффективнее классического состава по всем трем компонентам, и при этом он более дешевый для производства, к тому же позволяет выпускать новые аккумуляторы быстрее, чем литий-ионные.

Новости из мира электроники поступают с завидной регулярностью. Производители стремятся провести революцию и выпустить новый, конкурентный продукт. Данная технология способна на это.

В течение многих лет массовые литий-ионные батареи полагались на графит и медь для своих анодов, компонент, который хранит энергию при зарядке аккумулятора. И в течение многих лет исследователи искали альтернативные материалы, которые могли бы преодолеть существующие ограничения, которые включают высокую стоимость производства и ограниченную емкость хранилища (например, кремний моет хранить в 10 раз больше энергии, но при этом он создает новые проблемы).

Создание анодов на сегодняшний день – это трудоемкий многоступенчатый процесс, при котором медную фольгу покрывают порошковым напылением графита. Но, как объясняет Карл Кредер, научный сотрудник Техасского университета в Остине и ведущий автор нового исследования, это своего рода неэффективность как с точки зрения производственного процесса, так и самой батареи.

Таким образом, активный материал (графит) покрывается поверх неактивного токосъемника (медь). Это добавляет объем и неактивную массу материала. Объединяя текущий коллектор и активный материал вместе, можно использовать активный материал более высокой емкости, одновременно используя менее активный сборный материал.
Карл Кредер, научный сотрудник Техасского университета в Остине.

Кредер и его команда достигли этого с помощью упрощенного производственного подхода, который пропускает сложный шаг, быстрый процесс покрытия. Олово может быть добавлено непосредственно в алюминий, поскольку оно отливается в блоки, создавая сплав, который затем может быть механически прокатан (относительно дешевый и обычный металлургический легирующий процесс) в наноструктурированную металлическую фольгу. И этот последний шаг, когда частицы внутри материала уменьшены, является критически важным.

Известно, что олово сплавляется с литием. К сожалению, если используется оловянная фольга или используются частицы олова размером с микрометр, олово будет разрываться из-за расширения объема, когда оно сплавляется с литием. Это означает, что если вы сделаете батарею с большими оловянными частицами, она будет пригодна для десятков циклов зарядки-разрядки. Однако, если вы сделаете частицы олова нанометрового размера, частицы не будут разрываться во время легирования.
Карл Кредер, научный сотрудник Техасского университета в Остине.

Исследователи называют полученный материал анодированным эвтектическим сплавом (IdEA), который, по их словам, составляет одну четверть от толщины и половины веса традиционного анода. Они протестировали его, выполнив его в более мелкие версии литий-ионных батарей, а затем заряжая и разряжая их для измерения производительности. Они обнаружили, что новый материал продемонстрировал в два раза большую емкость для хранения энергии, чем классические аккумуляторы.

Более компактный анод и, фактически, сама батарея, предлагают массу возможностей для производителей смартфонов, автомобилей, ноутбуков и множества других устройств, включая импланты и протезы.

Источник: http://t-human.com