Найден способ повысить емкость литий-ионных батарей

Международная команда ученых обнаружила, что кристаллы сурьмы спонтанно и обратимо опустошаются во время циклов заряда и разряда литий-ионных аккумуляторов. Это значит, что можно создать батареи с большей плотностью энергии, не опасаясь их ускоренного износа из-за быстрого разрушения анода. А более емкие аккумуляторы дадут совершенно новый пользовательский опыт в самых разных отраслях.

Литий-ионные батареи вырабатывают электричество, запуская ионы вперед – назад между двумя электродами, катодом и анодом. При этом в процессе заряда и разряда анод попеременно то разбухает, то съеживается. Попытки увеличить плотность энергии таких батарей приводят к ускоренному разрушению анода, так как он с большей интенсивностью получает и отлает ионы лития. В итоге срок службы батареи резко сокращается, возникают проблемы с ее безопасностью.

Но многих исследователей не покидает желание найти решение, которое позволит избежать ускоренного разрушения анода при повышении плотности энергии батареи. Увеличение мощности батарей при тех же физических параметрах даст огромный экономический эффект, с учетом их распространенности на планете. Команда исследователей из США и Швейцарии, кажется, нащупала возможное решение, пишет New Atlas.

Проблему могут решить микрочастицы сурьмы – в тысячи раз меньше диаметра человеческого волоса, которые способны приспосабливаться к изменениям внутреннего объема анода, сохраняя стабильную внешнюю поверхность.

Открытие, сделанное Мэтью Макдауэллом и его коллегами, позволило вовсе избежать типичного усадочного поведения анода. Покрытые оксидом нанокристаллы сурьмы во время цикла заряда/разряда не меняют своего объема. Когда ионы покидают внутреннюю полость кристаллов, они не сжимаются, а сохраняют объем благодаря жесткому слою оксида. Единственная особенность – подобное поведение наблюдалось только в частицах диаметром менее 30 нанометров.

Лабораторный эксперимент на небольших батареях дал положительные результаты, и команда Макдауэлла надеется повторить его на батареях большего размера. Кроме того, сурьма довольно дорогой материал, так что в дальнейшем ученые надеются заменить ее на что-то подешевле, например, на олово.

Новый защитный слой, созданный учеными армии США, существенно замедляет процесс разрушения электролита и кремниевого анода. Изобретение в разы увеличивает срок службы аккумуляторов и позволяет снизить вес батарей.