“Сладкие” нанобатареи

Нанотехнологии продлят жизнь обычным литий-ионным батареям, используемым в портативных устройствах

Учёные из Шэньянской государственной лаборатории материаловедения (Shenyang National Laboratory for Materials Science), Китай, попытались усовершенствовать самый распространенный тип аккумуляторов, используемых сегодня почти во всех портативных устройствах.

В переносных устройствах, вроде мобильных телефонов, mp3-плееров, КПК и лэптопов, обычно используются литий-ионные батареи. Но такой тип батареи имеет существенный недостаток: в ходе эксплуатации, особенно на холоде или при жаре, их качество значительно ухудшается, и часто не удаётся произвести полный заряд батареи. Для владельцев телефонов это, понятное дело, грозит тем, что они смогут меньше поболтать с нужными им людьми, а «лэптопщикам» вряд ли удастся поработать с устройством в самолёте во время долгого полёта.

Причина проблемы кроется в строении межфазовой плёнки из твёрдого электролита, которая повышает внутреннее сопротивление и, тем самым, не даёт аккумулятору зарядиться полностью. Учёные предложили использовать в строении материала отрицательных электродов в литий-ионных аккумуляторах кремний (Si) для повышения зарядной ёмкости. Однако использование этого материала приводит к ещё более быстрой потери зарядной ёмкости, так как он постоянно, во время циклов зарядки-разрадки, легирует (сплавляется) и делегирует.

Prof. Hui-Ming Cheng

Для того чтобы решить эту трудность, Хуэй-Мин Чен (Hui-Ming Cheng) и его коллеги решили прибегнуть к нанотехнологиям. Углеводородные нанотрубки (CNT) — представляющие из себя как бы мелкую сетку из проволоки шестиугольного сечения с атомами углерода, между которыми проходят сами проволоки, — позволили им использовать кремний в качестве анода и избежать проблем с большим изменением объёма во время легирования и делегирования.

Для создания углеродных нанотрубок на поверхности мельчайших частиц кремния учёные применили т.н. технологию химического осаждения из паровой фазы, где углеродосодержащий пар подвергается декомпозиции и конденсируется на поверхности кремниевых частиц, формируя наноскопические трубки. Затем в вакууме и при высокой температуре учёные покрыли эти частицы полученным из сахара углеродом.

Команда исследователей изучила, как действует новый Si-CNT анодный материал в прототипе литий-ионной батареи. Было обнаружено, что после 20 циклов «полуклеточных» экспериментов, покрытый сахаром Si-CNT композитный материал достиг разрядную ёмкость в 727 миллиампер в час на грамм. Для сравнения зарядная ёмкость простых покрытых сахаром частиц находилась на отметке 363 миллиампер в час на грамм.

http://infuture.ru/news.php?…

Sweet Nanotech Batteries: Nanotechnology Could Solve Lithium Battery Charging Problems

http://www.sciencedaily.com/…10101128.htm

Shenyang National Laboratory for Materials Science

http://carbon.imr.ac.cn/index1.jsp

Ну вот, опять изобретательность и находчивость исследователей («голь на выдумки хитра»!) позволили найти простое и остроумное решение для увеличения зарядной ёмкости литий-ионных батарей и, соответственно, длительности их работы. Возможно, лучшее понимание механизма работы углеродных нанотрубок может привести в дальнейшем к открытию других, более эффективных, материалов и технологий, но все будут помнить «пионеров», кем и когда был указан путь к совершенствованию электродов этих более долговечных батарей. Молодцы!..