Специалисты японской компании Fuji Heavy Industries разработали новую литиево-ионную аккумуляторную батарею. Благодаря использованию нового материала удалось довести удельную плотность энергии на единицу объема до невиданной ранее величины 200 Вт*ч /кг. Для сравнения – это примерно вдвое больше, чем у предыдущих образцов, созданных в Fuji для гибридных автомобилей.
Основой для прорыва стало применение нового материала, способного удерживать больше ионов лития. В большинстве литиево-ионных аккумуляторов, литий, содержащийся в аноде, ионизируется в процессе зарядки. В новой батарее анод изготовлен из другого материала, гранулированная структура которого, по мнению ученых, повышает подвижность ионов.
Анод сформирован из смеси V2O5, Li2S и мономера, известного под аббревиатурой EDOT. Он представляет собой иррегулярный слой гранул из микрокристаллов размерами от 10 до 20 нм. На схеме новый материал показан сверху, старый – снизу.
Одним из препятствий на пути использования нового материала стало то, что он плохо смешивается с литием. Чтобы обойти это ограничение, в Fuji Heavy Industries решили легировать катод. Технология легирования литием впервые была представлена летом 2005 года и уже используется в производстве конденсаторов.
Эффективная емкость заряда анода составляет 360 мА*ч/г, что в 2,4 выше, чем у обычно используемого материала LiCoO2 (именно он, как правило, применяется, скажем, в батареях сотовых телефонов). Удельная плотность энергии, по оценкам разработчиков, равна 900 мВт*ч/г – в полтора раза больше, чем у LiCoO2.
Очень важным преимуществом нового материала является безопасность. Как известно, кристаллические формы LiCoO2 разрушаются при температуре больше 150°C, выделяя кислород, который, реагируя с органическим электролитом, может вызвать возгорание батареи. Кристаллы V2O5 термически более стабильны – они не выделяют кислород даже при температуре 300°C и выше.
Ученые создали прототип размерами 72 x 52 x 28 мм (на второй иллюстрации). Максимальное напряжение батареи составляет 3,7 В, что ниже, чем у обычного литиево-ионного аккумулятора. Как видно на графике, по так называемой кривой разряда (зависимости выходного напряжения от величины заряда) изделие пока ближе к конденсатору – напряжение быстро снижается в процессе разряда. Еще одним недостатком является быстрая деградация – после 70-80 циклов батарея теряет около 20% первоначальной емкости. Однако направление работ определено и их перспективность подтверждена практически, так что сейчас речь идет о доведении разработки до коммерческого использования.
Источники: Fuji Heavy Industries, TechOn!