Разработан композитный анод VISiCNT для Li-Ion батарей с емкостью свыше 3500 мА·ч/г

Исследователи Института передовых технологий при Университете Суррея разработали новую структуру анода для литий-ионных батарей, способную удерживать почти в десять раз больше заряда по сравнению с традиционными коммерческими решениями. Технология получила название «Вертикально интегрированная кремниево-углеродная нанотрубка» (VISiCNT) и позволяет использовать высокую плотность энергии кремния без риска физического разрушения элемента питания. Результаты работы опубликованы в издании ACS Applied Energy Materials.

Теоретическая энергоемкость чистого кремния превышает 4000 миллиампер-часов на грамм, что делает его крайне перспективным материалом для аккумуляторов. Однако в процессе зарядки и поглощения ионов лития кремний увеличивается в объеме до 300-400 процентов. Это физическое расширение приводит к механическому растрескиванию материала и быстрой деградации батареи. Применяемый сегодня графит лишен этого недостатка, но его физический предел емкости составляет лишь 370 миллиампер-часов на грамм.

Британские материаловеды решили проблему расширения путем создания гибкого проводящего каркаса. На стандартную медную фольгу, которая выступает токосъемником, плотным массивом выращиваются углеродные нанотрубки. Затем этот углеродный каркас покрывается тонким слоем кремния. В процессе циклов зарядки нанотрубки работают как механический буфер, компенсируя напряжение и предотвращая разрушение структуры при расширении кремния.

Лабораторные испытания показали, что композитный анод VISiCNT способен стабильно накапливать более 3500 миллиампер-часов на грамм веса. Структурная целостность и токопроводящие свойства материала сохраняются на протяжении сотен рабочих циклов.

Углеродные структуры формируются непосредственно на меди с помощью масштабируемого процесса осаждения. Поскольку медная фольга уже является базовым компонентом в аккумуляторной промышленности, технологию VISiCNT можно интегрировать в действующие сборочные линии заводов без радикальной перестройки производственных процессов. Разработка нацелена на внедрение в сферы производства электромобилей, портативной микроэлектроники и стационарных сетевых накопителей энергии.

Источник: Tech Xplore