Химики из Университета Калифорнии разработали рекордно устойчивые к перезарядке электроды на основе тонких волокон. По словам исследователей, подобный материал для литий-ионных батарей позволит обеспечить сотни тысяч циклов зарядки без падения электрической емкости. Исследование опубликовано в журнале ***ACS Energy Letters*, кратко о нем сообщает пресс-релиз университета.

В качестве основы для материала авторы использовали золотые нити, покрытые слоем оксида марганца. Последний представляет собой «губку», способную запасать в себе литий и высвобождать его для электрохимических реакций. Нити помещали в гель из ПММА (полиметилметакрилата), содержавший раствор соли лития, и тестировали на устойчивость к циклам зарядки. Материал выполнял роль как катода, так и анода.

Снимок волокна, полученный методами сканирующей электронной микроскопии. Mya Le Thai et al. / ACS Energy Lett., 2016

Внешний вид волокна: a,e — золотое волокно,остальные — волокно, покрытое слоями оксида марганца разной толщины. Mya Le Thai et al. / ACS Energy Lett., 2016

За три месяца тестирования авторы провели более 200 тысяч циклов зарядки-разрядки волокон и не обнаружили никаких следов деградации. Это необычно, поскольку обычно устойчивость подобных материалов сохраняется не дольше 5–7 тысяч циклов. Для сравнения химики заменили полимер в ячейке на поликарбонат — через 2–8 тысяч циклов вновь начала наблюдаться деградация. 

Емкость материала в зависимости от номера цикла. 143, 222 и 300 нанометров — толщина оксида марганца. Mya Le Thai et al. / ACS Energy Lett., 2016

Авторы связывают наблюдаемый эффект с тем, что ПММА делает оксид марганца на поверхности волокон более пластичным и гибким — благодаря этому он не растрескивается при встраивании в него лития. Именно эти процессы и снижали устойчивость электродов в поликарбонате.

Поиск устойчивых материалов для катодов и анодов — одна из важных задач, стоящих перед разработчиками литий-ионных батарей. В качестве них предлагают самые разные вещества, например, пыльцу, свечную копоть и бумагу, специальным образом обработанную и сложенную методами киригами. 

Автор: Владимир Королёв