Ученые из Райсовского университета в Техасе (США) предложили заменить графит в современных литиевых аккумуляторах на используемый повсеместно в электронной промышленности полупроводниковый кремний, наделенный особыми микропорами. Это может повысить емкость батарей в 10 раз.
Как показали авторы разработки под руководством Сибани Лизы Бисвал, поры в кремнии, имеющие диаметр примерно 1 микрон и длину 10-50 микрон, делают структуру кремния устойчивой — они позволяют ей свободно расширяться, занимая объем пор, а затем вновь сжиматься по мере того, как аккумулятор проходит стадию перезарядки.
Такие поры не только обеспечивают высокую удельную площадь поверхности, что позволяет материалу эффективно «вбирать» в себя атомы Li, служащие носителем заряда в литиевых батареях. Они также делают структуру материала устойчивой к периодическим расширениям и сжатиям, возникающим в ходе циклов зарядки и разрядки аккумуляторов.
«Изготовленные нами литиевые батареи выдерживают 200-250 циклов перезарядки», — сказала Бисвал.
Дальнейшее развитие технологии, опирающейся на повсеместно используемый, а потому дешевый кремний, и отработанные технологии микроэлекроники, вскоре может привести к существенному прорыву в плане емкости литиевых батарей.
«Этот материал потенциально может значительно увеличить емкость литий-ионных батарей, используемых в настоящее время повсеместно в бытовых, аэрокосмических и военных нуждах», — поясняет Стивен Синсабау, сотрудник компании Lockheed-Martin, принимавший участие в работе.
Существенно ускорить создание нового поколение литиевых аккумуляторов повышенной емкости позволит фундаментальное понимание механизма проникновения лития в структуру кремния, вызывающее появление в ней механического напряжения. Изучением этого вопроса ученые намерены заняться в первую очередь.
Кремний уже давно привлекает внимание ученых, занимающихся совершенствованием современных литиевых источников тока. Согласно расчетам, его кристаллическая решетка может «вобрать» в себя наибольшее количество атомов лития и обеспечить тем самым наибольшую удельную емкость (количество часов работы на грамм веса) аккумулятора.
https://www.rian.ru
