Число областей применения нанокомпозитных материалов растет, поскольку зачастую они обеспечивают радикальное улучшение технических характеристик изделий. Одной из таких областей является разработка аккумуляторных батарей.
Специалисты из технологического института Джорджии предложили использовать нанокомпозит кремния и углерода для изготовления анода литиево-ионных батарей. По их мнению, это позволит существенно улучшить показатели батарей, применяемых в широком спектре электронных устройств.
Кремний имеет привлекательные свойства с точки зрения использования его в качестве материала анода. Однако прежние попытки сделать это не были успешными, поскольку не удавалось создать конструкцию, достаточно стабильную для практического применения — изменение размеров при зарядке и разрядке быстро разрушает анод. Применив нанокомпозит, ученые решили эту проблему.
Изготовление анода происходит в несколько этапов. Сначала из углерода получают микроскопическую древовидную основу. После этого на ней наращиваются шарики из кремния. На заключительном этапе материал самостоятельно формирует сферические образования с открытыми и взаимосвязанными порами внутри (схематически такая сфера показана на первой иллюстрации). Диаметр сфер составляет 10-30 мкм. Поры и внутренние каналы позволяют жидкому электролиту пропитывать анод, изготовленный из такого материала, не разрушая его в процессе зарядки, поскольку сферы могут менять свой размер за счет внутренних пустот.
По оценке исследователей, батарея с новым анодом может выдержать тысячи циклов зарядки-разрядки без ухудшения характеристик, имея при этом многократно большую удельную емкость, чем современные батареи.
Немаловажно, что для изготовления анодов из нового материала может применяться простая и недорогая технология, совместимая с современным производством батарей. Впрочем, о планах коммерциализации вышеописанной разработки данных пока нет. Если бы каждая новость об улучшении литиево-ионных батарей доходила до коммерческой реализации, в этой области уже творились бы чудеса. А, может быть, мы просто привыкли к чудесам и не замечаем их?
Источник: Технологический институт Джорджии