Увеличить емкость литий-ионных батарей в 10 раз позволили нанотехнологии

Заокеанские исследователи разработали простой способ использования кремниевых нанопроводов в источниках питания, приведший к пятикратному увеличению емкости стандартных литиевых аккумуляторов.

Группа ученых из Стэнфордского университета (США) под руководством профессор Джи Куи опубликовала в журнале Nature Nanotechnology статью, где описан новый способ изготовления анодов для литий-ионных батарей. Литий-ионные батареи в настоящее время - наиболее широко используемый источник питания для бытовой электроники, мобильных устройств и ноутбуков. В литиевом аккумуляторе заряд передается за счет переноса ионов лития от анода (обычно состоящего из графита) к катоду (обычно изготавливаемого из оксида метала).

Исследователи заменили графитовый анод анодом, изготовленным из кремниевых нанопроводов, выращенных с помощью золотого катализатора непосредственно на стальном коллекторе заряда батареи. Емкость заряда новой батареи составляет 4277 мA часов на грамм. Эта емкость в десять раз выше емкости батареи с графитовым анодом и, практически, приближается к теоретически предсказанному максимуму.

Благодаря возможности запасать заряд больший, чем другие материалы, кремний давно привлекает внимание исследователей в качестве материала для получения анодов. Однако в результате зарядки ионами лития он растягивается на 400%, благодаря чему аноды, изготовленные из тонких пленок кремния, разрушаются от напряжения.

Исследователи из США обнаружили, что для кремниевых нанопроводов не характерны проблемы, обычные для «компактного» кремния – при «заполнении» ионами лития они не растягиваются в длину, а лишь увеличивают свою ширину, что не приводит к такому возникновению напряжения, достаточного для их деформации.

Йи Куй один из авторов исследования, отмечает, что новая методика может быть масштабирована до промышленного применения, причем для этого не потребуются существенные затраты. Он отмечает, что выращивание нанопроводов непосредственно на поверхности литиевого аккумулятора в процессе его производства может оказаться более простым и быстрым методом производства аккумуляторов, чем существующие ныне.