Ёмкость литий-ионных батарей сумели удвоить за счёт кремний-графенового анода

Учёные из отдела прикладной физики физического факультета Новосибирского государственного университета в сотрудничестве с коллегами из Института неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН нашли способ значительного увеличения ёмкости и числа циклов заряда/разряда литий-ионных аккумуляторов, сообщила пресс-служба НГУ.

Решение заключается в изготовлении анода элемента из кремния. Теоретически эффект был очевиден, но практическая его реализация до сих пор оставалась невозможной. "При заряде кремний претерпевает трёхкратное увеличение объёма и без каких-либо ухищрений после первых же циклов заряда-разряда структура кремния разрушается, а его ёмкость катастрофически падает", — объяснил сотрудник отдела прикладной физики ФФ НГУ Борис Ездин.

"Создание структуры с кремниевым ядром и углеродной оболочкой представляется решением проблемы. Прочная углеродная оболочка должна обеспечить удержание кремния в ядре от разрушения, а её высокая электропроводность — хорошие электропроводящие характеристики анода", — добавил он.

Наночастицы кремния, покрытые графеновой оболочкой, были изготовлены пиролизом в циклическом химическом реакторе сжатия "Гипербар" при чудовищном давлении 3-12 МПа. Причём — почти случайно. На установке изучали получение синтез-газа из природного газа, а оказалось, что при этом выходят углеродные порошки хорошего качества в различных аллотропных формах.

Подходящий для электрохимических источников тока уже запатентовали. "Оказалось, что именно этот порошок позволяет увеличить удельную ёмкость таких батарей, причём не на проценты, а в несколько раз. Для начала — в два, но это не предел", — похвалился Ездин.

"Наше изобретение может применяться при производстве литий-ионных аккумуляторов, используемых для питания крупногабаритных электростанций, гибридных и электрических транспортных средств, систем бесперебойного электроснабжения, робототехники и автономных устройств, компьютеров и мобильных телефонов", — заключил он.

Не за горами, впрочем, время, когда литий-ионные аккумуляторы будут вытеснены значительно превосходящими их алюминий-ионными.