Необычной формы кремниевые электроды улучшат литий-ионные аккумуляторы

По числу всевозможных доработок и улучшений литий-ионные аккумуляторы, наверное, возглавляют список всех элементов питания, когда-либо созданных за всю историю электроники. Так и последняя разработка исследователей из Университета Калифорнии в Риверсайде – необычной формы кремниевые электроды – также призвана улучшить электрические и эксплуатационные характеристики литий-ионных батарей.

Графит давно используется при создании электродов для аккумуляторных батарей. Но его основной недостаток в том, что этот материал быстро «изнашивается», способствуя резкому сокращению емкости батареи. Другой вариант – кремний – может хранить в 10 раз больше электрической энергии. Но в процессе заряда аккумулятора такие электроды расширяются, что приводит к образованию трещин и последующему выходу из строя самого элемента питания. Кроме того в кремниевых электродах наблюдается достаточно сильная потеря электрического заряда – утечка заряда.

Исследовательская группа под руководством профессора Дженгиза Озкана разработала электрод, который состоит не из самого кремния, а из нановолокон этого полупроводника – так называемого «губчатого кремния». Это позволяет не только избавиться от чрезмерного расширения электрода во время зарядки батареи (нановолокна достаточно легко сжимаются и растягиваются, а вся структура при этом остается в первоначальном объеме), а следовательно и от появления трещин, но и существенно повысить эффективность новых элементов питания, так как площадь активной поверхности теперь значительно больше.

Новые кремниевые электроды также позволят существенно снизить вес аккумулятора, не уменьшая при этом его емкость. Исследования показали, что губчатый кремний имеет удельную емкость более 800 мА·ч/г, что в несколько раз больше, чем даже в последних лабораторных разработках аналогичных аккумуляторных батарей.

В настоящее время исследователи ищут партнеров в лице компаний, которые серийно производят аккумуляторы, чтобы вместе с ними запустить в производство новую технологию.

Источник информации: Университет Калифорнии (http://ucrtoday.ucr.edu/)