Ученые "выращивают" батарейку-долгожительницу

Литий-ионные аккумуляторы – самый распространенный тип батареек, который можно встретить практически во всех портативных устройствах. И это, несмотря на несколько серьезных недостатков – перегрев, опасность взрыва при перезарядке, невысокая емкость и постепенная потеря емкости от эффекта старения. Ученые из Стэнфордского университета уверены, что исправить эти недочеты можно с помощью нанотехнологий.

Появление электрического транспорта остро подняло вопрос о выборе аккумулятора, способного долго и без потерь хранить заряд. Большинство разработчиков склоняется к использованию традиционных литий-ионных элементов, производство которых хорошо налажено. Однако в их конструкцию необходимо внести ряд изменений.

Решение предложил профессор физики Ю Сюи из Стэнфордского университета. Он разработал новый вид электродов для батареи, использовав вместо традиционного графита углеродные нанотрубки, нанесенные на кремниевую подложку.

Читайте также "Нанотрубки растут ускоренно и прагматично"

С помощью этого улучшения аккумулятор сможет сохранять в шесть раз больше электроэнергии, а, значит, электрокар сможет пройти большее расстояние на одной зарядке.

В заряженной батарее ионы лития перемещаются от положительного катода к отрицательному аноду. При этом, если делать электроды из чистого кремния, то эффективность заряда многократно возрастает – кремний способен удержать в десять раз больше ионов, чем графит.

Но кремний очень своеобразный материал. По мере поглощения электрического заряда он увеличивается в размере примерно в четыре раза.

Его хрупкая структура не способна выдержать такие перепады, и после нескольких циклов зарядки электроды просто разрушаются.

Профессор Сюи и его ученики попробовали укрепить аморфный кремний при помощи покрытия из углеродных нанотрубок. Оказалось, что крошечные проволочки позволяют электроду постоянно сохранять свою изначальную форму, а также существенно улучшают токоприемные качества кремния.

Проведенные испытания показали, что новый вид батареи выдерживает до пятидесяти циклов зарядки без потери эффективности. В процессе работы углеродные нанотрубки постепенно поглощают некоторое количество ионов лития, и после того, как электрод "примет" около 10 процентов ионов, эффективность аккумулятора начинает падать.

При этом ученые отметили, что речь идет исключительно о потерях электролита. Сами электроды практически не изнашиваются.

Ранее той же научной группе удалось создать литий-ионную батарею с электродами из кремниевых нанотрубок без малейших примесей. Эта разработка имела емкость в три раза выше, чем у традиционных аккумуляторов, однако выдерживала всего двадцать циклов зарядки, после чего кремний начинал разрушаться.

Новая же батареи оказалось более эффективной, а, кроме того, ее производство нетрудно наладить в кратчайшие сроки. «Выращивание углеродных нанотрубок может осуществляться в огромных количествах – по несколько тонн в день, - говорит профессор Сюи. – Для этого не требуется никаких специальных условий вроде высокой температуры или избыточного давления. А если производить нанотрубки сразу на кремниевой подложке, то себестоимость процесса сократится на порядок».

Новый тип батареи может быть использован во всех областях, где уже применяются литий-ионовые аккумуляторы. При этом новинка будет обладать всеми достоинствами предшественницы, но лишена всех ее недостатков.

Читайте также на "Правде.Ру"