Исследователи из университета Южной Калифорнии (USC) разработали новый тип литий-ионных аккумуляторов, в котором вместо традиционных графитовых анодов применяются пористые кремниевые наночастицы.
Как сообщается, новые аккумуляторы обладают в три раза большей ёмкостью по сравнению с графитовыми аналогами, при этом процесс зарядки занимает всего 10 минут. Батареи такого типа могут быть использованы где угодно, от смартфонов до гибридных автомобилей. Ожидается, что технология, на которую получен предварительный патент, найдёт широкое распространение в течение двух-трех лет.
Результаты исследования, которым занималась группа аспирантов под руководством профессора Чонгву Жоу (Chongwu Zhou), были опубликованы в январском выпуске научного журнала Nano Research. В ходе предыдущих попыток использовать кремний в составе анодов учёные столкнулись с быстрым выходом батарей из строя из-за разрушения материала в результате расширения и сжатия во время циклов перезарядки.
В прошлом году учёные начали проводить эксперименты с кремниевыми нанопроводами диаметром менее 100 нм и длиной в несколько микрон, пористая структура позволяет кремнию сжиматься и расширяться без последствий. Конструкция на основе нанопроводов позволила увеличить ресурс аккумулятора до 2000 циклов перезаписи (для сравнения, ресурс обычной литий-ионной батареи составляет около 500 циклов).
Несмотря на их достоинства, нанопровода крайне сложно получать в массовых количествах. В качестве решения было предложено взять другие наночастицы – мельчайшие кремниевые сферы, производство которых уже налажено – и придать им пористую структуру, как у нанопроводов. Тогда частицы со схожей функциональностью станет возможно получить в любых желаемых объёмах. Однако их ресурс ограничен 200 циклами перезаписи.
Дальнейшие разработки призваны увеличить жизненный цикл аккумуляторов. После этого, команда сосредоточится на нахождении нового катодного материала с высокой энергоёмкостью.
Источник: USC
