В современных литий-ионных аккумуляторах анод обычно представляет собой слой графита, нанесённый на медную фольгу. Во время заряда в слое графита накапливаются ионы лития. Такая конструкция была придумана из соображений безопасности и долговечности — анод из чистого металлического лития очень быстро деградирует, так как при заряде на его поверхности постепенно вырастают «ветви», которые, дотянувшись до катода, могут вызвать короткое замыкание. Использование графитовой «губки» решает эту проблему, но энергоёмкость графитового анода составляет порядка 350 миллиампер-часов на грамм, тогда как у чистого лития этот показатель выше в 11 раз.
Группа учёных Стэнфордского университета во главе с профессором И Чуи (Yi Cui) разработали технологию, которая предотвращает образование «ветвей» на аноде из металлического лития и открывает путь к созданию надёжных и гораздо более ёмких аккумуляторов. На практике речь может идти об увеличении ёмкости в три-четыре раза.
Ключевой элемент новой технологии — создание на поверхности анода тончайшего 20-нанометрового слоя из связанных между собой углеродных наносфер. Этот слой создаётся путём нанесения на электрод слоя из крошечных полистирольных шариков, которые самопроизвольно формируют регулярную структуру, напоминающую соты. Этот слой служит основой, на которую затем наносится углерод. Затем полистирол удаляется путём прогрева в атмосфере аргона, и на поверхности электрода остаётся тонкое, но прочное ячеистое покрытие из углерода. Через это покрытие свободно проникают ионы лития, но оно достаточно прочное, чтобы остановить рост литиевых «ветвей».
Вверху — цикл заряда-разряда батареи с покрытием анода и без него, внизу — схема создания покрытия.
Выход по току батареи с электродом нового типа достигает 99% даже после 150 циклов заряда, тогда как у литиевых электродов без защитного покрытия он падает с 96% в начале эксплуатации до менее чем 50% после 100 циклов, что делает такую батарею совершенно непрактичной. По словам И Чуи, дальнейшие усовершенствования, в частности подбор подходящих типов электролитов, в скором времени могут довести выход по току до 99,9% — на этом уровне уже можно будет говорить о коммерческом использовании технологии.
Автор: ilya42
