Ёмкость литий-ионных батарей может быть увеличена в шесть раз

емкость литий-ионных батарейСогласно анализу ученых из Берлина, применение очень тонких слоев кремния было бы достаточным для значительного увеличения потенциальных возможностей аккумуляторных батарей. Анод литий-ионных батарей должен при этом состоять из кремния вместо графита.

По мнению ученых Берли́нского центра материа́лов и эне́ргии имени Гельмгольца (HZB), емкость литий-ионных батарей может увеличиться в шесть раз, если анод изготовлен из кремния, а не из графита. Команда Центра из Института мягкой материи и функциональных материалов впервые в деталях наблюдала, как мигрируют ионы лития в кремний, говорится в заявлении во вторник. Соответственно, использование очень тонких слоев кремния было бы достаточным, чтобы достичь теоретической емкости батареи. Французские исследователи из Института Лауэ-Ланжевена в Гренобле ранее показали при помощи измерений нейтронов, что во время зарядки ионы лития не проникают глубоко в кремний, но скапливаются в ближайшем пограничном слое, как говорится далее. Таким образом, возникает тонкий слой в 20 нанометров, который содержит огромное количество лития. Этого достаточно, чтобы обеспечить максимальную зарядку литием.

Исследователи Центра в первый раз непосредственно наблюдали полуэлемент лития и кремния во время зарядки и разрядки. Они обнаружили две разные зоны. Вблизи границы раздела с электролитом образовался тонкий слой примерно на 20 нанометров с чрезвычайно высоким содержанием лития — на 10 атомов кремния приходится 25 атомов лития. К нему подсоединен второй слой с низким содержанием лития, где один атом лития приходится на 10 атомов кремния. Оба слоя вместе имеют толщину после второго цикла зарядки менее 100 нанометров, говорят исследователи. После разрядки на границе раздела кремния с электролитом остается около одного иона лития на все кремниевое пространство электрода. Теоретически тем самым обеспечивается максимальная емкость таких кремний-литиевых батарей в 2300 мА/ч на грамм. Это более чем в шесть раз превышает емкость литий-ионных батарей с графитом. Ученые опубликовали свою работу в журнале ACSnano, издаваемом  American Chemical Socity.

Для домашнего хранения солнечной электроэнергии литий-ионные батареи сейчас явно на подъеме и отняли значительную долю рынка у свинцовых конкурентов. Кроме того, литий-ионные батареи используются для питания ноутбуков и смартфонов. Электромобили, с другой стороны, продвинулись еще не очень далеко с обычными литий-ионными батареями, говорится в Центре. Это произошло потому, что используемые электроды из графитовых слоев могут накапливать лишь ограниченное число ионов лития. Из-за этого емкость современных литий-ионных батарей вряд ли сможет вырасти хоть немного. Полупроводниковые материалы, такие как кремний, в качестве альтернативы к графиту, уже на слуху. Однако, по мнению ученых, миграция ионов лития разрушает кристаллическую структуру кремния, что приводит к увеличению объема в три раза и, следовательно, к большим механическим нагрузкам.

Источник: http://www.pv-magazine.de/nachrichten/details/beitrag/hzb—kapazitt-von-lithium-ionen-akkus-lsst—sich-um-das-sechsfache-steigern_100024007/

Написать нам