Кремний увеличил надежность и эффективность литий-ионных аккумуляторов

Доктор Марта Харо и команда исследователей из Окинавского университета науки и технологий аспирантуры предложила использовать кремний вместо графита в литий-ионных аккумуляторах. Результаты научной работы были опубликованы в журнале Communications Materials.

Литий-ионные батареи имеют пару электродов и раствор электролита, обеспечивающий перенос ионов лития между ними. Один из электродов, анод, изготовлен из графита. Несмотря на дешевизну изготовления графитовых деталей, ученые считают, что другие материалы позволят увеличить производительность приборов. По словам доктора Харо, использование кремния вместо графита повысит плотность энергии.

Кремниевые аноды могут хранить в 10 раз больше заряда в заданном объеме, чем графитовые аноды. Проблема в том, что по мере того, как ионы лития перемещаются в анод, изменение объема очень велико, примерно до 400%, что приводит к разрушению и поломке электрода,

из материалов исследования.

Специалисты экспериментировали с со слоями кремния разной толщины, помещенными между наночастицами из металла. Это привело к тому, что материал постепенно становился жестче, однако при дальнейшем увеличении толщины слоя кремния, жесткость начинала уменьшаться. Это происходило из-за осаждения атомов кремния на металлических наночастицах, в результате чего образовывались столбики конусовидной формы. При росте числа атомов кремния, столбцы образовывали дугообразную наноструктуру.

Сама по себе конструкция из колонн не обладает прочностью и устойчивостью, однако при увеличении их высоты возникает губчатая структура, обеспечивающая структурное усиление анода. Батареи с подобной конструкцией обладаю повышенной емкостью заряда. Это также приводит к увеличению максимального количества циклов перезарядки.