Экспериментальные микросферы анодов утроили емкость литиевых батарей
Экспериментируя с недавно созданным типом материала, ученые разработали конструкцию батареи, обладающую рядом многообещающих преимуществ в производительности, в частности, способность предлагать в три раза большую емкость по сравнению с сегодняшними решениями. Прорыв заключается в замене материала, используемого для одного из электродов батареи, на полые наносферы, которые позволяют устройству не только удерживать больший заряд, но и оставаться стабильным в течение впечатляющего периода времени.
Литий-ионные аккумуляторы питают все – от смартфонов до ноутбуков и электромобилей, и все они делают это с помощью графита в качестве анода - отрицательного электрода устройства. Анод является ключевым объектом внимания ученых, стремящихся улучшить производительность батареи.
Для исследователей из Российского национального университета науки и технологий (МИСиС) это означало изучение альтернативных графитовых анодов, которые могли бы обеспечить более высокую эффективность. С помощью метода, называемого ультразвуковым распылительным пиролизом, когда ионы специальных металлов превращаются в туман с помощью ультразвука, а затем вода испаряется при высоких температурах, команда смогла создать микроскопические сферы с выдолбленной пористой структурой, которая, казалось, соответствовала всем требованиям.
Они были интегрированы в литиевые батареи в качестве анода и подверглись испытаниям, в ходе которых команда отметила ряд преимуществ в производительности. Новый материал не только увеличил емкость аккумулятора в несколько раз по сравнению с обычными ионно-литиевыми аккумуляторами, но и сохранил полый характер анода в течение 1000 циклов зарядки. Это позволило предотвратить изменения объема, происходящие во время зарядки, помогая батарее оставаться стабильной в течение впечатляюще долгого срока службы.
"Пористые наноструктурированные микросферы (с составом Cu0,4Zn0,6Fe2O4), которые мы извлекли, используемые в качестве анодного материала, обеспечивают в три раза большую емкость, чем существующие на рынке батареи", - говорит автор исследования Евгений Колесников. "Кроме того, он позволяет увеличить количество циклов заряда-разряда в пять раз по сравнению с другими перспективными альтернативами графиту. Это улучшение достигается за счет синергетического эффекта с комбинацией особой наноструктуры и состава используемых элементов."
Как всегда, при таком типе исследований, преобразование этих многообещающих экспериментальных результатов в контролируемой лабораторной установке в батарею, которая может питать смартфон в течение трех дней, далеко не простое дело. Но такая высокая емкость и отличная стабильность циклов являются очень желательными атрибутами, когда речь заходит о батареях нового поколения, поэтому исследования открывают еще один многообещающий путь для ученых в этой области.
Результаты исследования были опубликованы в журнале .