Кремний-гидрогелевые электроды повысили производительность литий-ионных аккумуляторов

05 июня 2013
0

Ученые из Стэнфордского университета (США) резко увеличили производительность литий-ионных аккумуляторов, создав инновационные электроды из кремния и проводящего полимера гидрогеля – губчатой субстанции, схожей с материалом, который используется в мягких контактных линзах и других бытовых товарах.

«Разработка перезаряжаемых литий-ионных аккумуляторов с высокой энергетической плотностью и долгим сроком службы имеет решающее значение для удовлетворения все возрастающих потребностей в вопросе хранения энергии в таких областях, как портативная электроника, электрический транспорт и другие», — сказала преподаватель химической инженерии Чжэнань Бао.

Кремний-гидрогелевые электроды повысили производительность литий-ионных аккумуляторов
— Кремний-гидрогелевые электроды повысили производительность литий-ионных аккумуляторов

В поисках практичного и недорогого материала, способного увеличить емкость литий-ионных аккумуляторов, Бао и ее коллеги обратили внимание на кремний – распространенный и экологически безвредный элемент, обладающий многообещающими электронными свойствами.

«Мы пытаемся разработать электроды на кремниевой основе для высокоемкостных литий-ионных аккумуляторов уже несколько лет», — говорит адъюнкт-профессор материаловедения и инженерии И Цуй. – «Кремний обладает в 10 раз большей зарядной емкостью, чем углерод – традиционный материал, применяемый в литий-ионных электродах. Проблема в том, что кремний расширяется и ломается».

Исследования показали, что при объединении с литием частицы кремния могут претерпевать 400-процентное увеличение в объеме. Когда батарея заряжается или разряжается, раздувшиеся частицы начинают разламываться и терять электрический контакт. Чтобы разрешить эти технические трудности, группа ученых из Стэнфорда воспользовалась особым видом полимеризации, покрыв кремниевые наночастицы проводящим гидрогелем. Простая смесь гидрогеля и кремния оказалась намного менее эффективной, чем материал, созданный посредством полимеризации.

Эта методика позволила исследователям получить стабильный литий-ионный аккумулятор, сохраняющий высокую емкость после 5000 циклов зарядки-разрядки. «Исключительную электрохимическую стабильность батареи мы приписываем уникальной наномасштабной архитектуре кремний-композитного электрода», — сказала Бао.

С помощью сканирующего электронного микроскопа ученые выяснили, что матрица гидрогеля испещрена пустыми пространствами, которые позволяют наночастицам кремния расширяться при введении лития.

Комментарии (0)

    Вы должны авторизоваться, чтобы оставлять комментарии.

    При использовании материалов данного сайта прямая и явная ссылка на сайт www.radiomaster.net обязательна. 0.2828 s
    Яндекс.Метрика Rambler's Top100