“Сладкие” нанобатареи

Учёные из Шэньянской государственной лаборатории материаловедения (Shenyang National Laboratory for Materials Science), Китай, попытались усовершенствовать самый распространенный тип аккумуляторов, используемых сегодня почти во всех портативных устройствах.

В переносных устройствах, вроде мобильных телефонов, mp3-плееров, КПК и лэптопов, обычно используются литий-ионные батареи. Но такой тип батареи имеет существенный недостаток: в ходе эксплуатации, особенно на холоде или при жаре, их качество значительно ухудшается, и часто не удаётся произвести полный заряд батареи. Для владельцев телефонов это, понятное дело, грозит тем, что они смогут меньше поболтать с нужными им людьми, а «лэптопщикам» вряд ли удастся поработать с устройством  в самолёте во время долгого полёта.

Причина проблемы кроется в строении межфазовой плёнки из твёрдого электролита, которая повышает внутреннее сопротивление и, тем самым, не даёт аккумулятору зарядиться полностью. Учёные предложили использовать в строении материала отрицательных электродов в литий-ионных аккумуляторах кремний (Si) для повышения зарядной ёмкости.  Однако использование этого материала приводит к ещё более быстрой потери зарядной ёмкости, так как он постоянно, во время циклов зарядки-разрадки, легирует (сплавляется) и делегирует.

Для того чтобы решить эту трудность, Хуэй-Минг Ченг (Hui-Ming Cheng) и его коллеги решили прибегнуть к нанотехнологиям. Углеводородные нанотрубки (CNT) — представляющие из себя как бы мелкую сетку из проволоки шестиугольного сечения с атомами углерода, между которых проходят сами проволоки, — позволили им использовать кремний в качестве анода и избежать проблемы с большим изменением объёма во время легирования и делегирования.

Для создания углеродных нанотрубок на поверхности мельчайших частиц кремния учёные применили т.н. технологию химического осаждения из паровой фазы, где углеродосодержащий пар подвергается декомпозиции и конденсируется на поверхности кремниевых частиц, формируя наноскопические трубки. Затем в вакууме и при высокой температуре учёные покрыли эти частицы полученным из сахара углеродом. 

Команда исследователей изучила, как действует новый Si-CNT анодный материал в прототипе литий-ионной батареи. Было обнаружено, что после 20 циклов «полуклеточных» экспериментов,  покрытый сахаром Si-CNT композитный материал достиг разрядную ёмкость в 727 миллиампер в час на грамм.  Для сравнения зарядная ёмкость простых покрытых сахаром частиц находилась на отметке 363 миллиампер в час на грамм.

© InFuture.ru по материалам nanotechnology.com
При копировании ссылка на InFuture.ru обязательна.

Материалы по теме:

Нанотехнологии и 40-часовой ресурс батарей для ноутбуков!