Группа ученых Университета Райса (Rice University) в Техасе разработала новый материал для электродов в виде гибридных (оксид металла – углеродные нанотрубки) матриц, которые могут существенно повысить показатели ионно-литиевых аккумуляторов.

Аккумуляторные технологии сегодня стоят на одном из приоритетных мест в списке потребностей покупателей в связи с быстрым ростом производства гибридных и электрических автомобилей и ортативной электроники. Потребность в аккумуляторных батареях с повышенным ресурсом движет инновации в этой области. Исследовательская группа, руководимая Паликелом Аджайаном (Pulickel Ajayan) на днях опубликовала результаты работ по исследованию новой концепции устройства электродов в аккумуляторах, которая, по мнению авторов, имеет серьезные перспективы для технологии (A.L.M. Reddy et al. Coaxial MnO2/ Carbon Nanotube Array Electrodes for High-Performance Lithium Batteries. Nano Letters, 2009; 090202085144070 DOI: 10.1021/nl803081j).

Концепция, которую ученые предлагают, включает в себя новый подход к выращиванию углеродных нанотрубок, которые выглядят и действуют как коаксиальные проводники, используемые в кабелях. Сердечниками таких соаксиальных структур служат сами нанотрубки, имеющие высокую электропроводность, а в качестве оболочки используются оксиды магния. На рисунке показана матрица коаксиальных нанотрубок после изготовления на алюминиевом шаблоне. Внешняя оболочка из оксида магния сформирована вакуумной инфильтрацией, а сердечник добавлен методом осаждения в паровой фазе. Тонкий слой золота использован в качестве общего коллектора тока.

Как говорит Паликел Аджайан – проф. материаловедения Университета, полученная конструкция представляет собой образец современного конструирования на наноуровне. Группе удалось сопрячь несколько важных физических функции, необходимых для электродов – нанотрубки, являясь высокопроводящими элементами, к тому же способны абсорбировать литий, а оксид магния, имея низкую электропроводность, обладает высокой емкостью. Сочетание этих двух элементов дает системе интересные совокупные свойства, например, увеличение ресурса (который применительно к аккумуляторной батарее будет означать увеличение количества циклов зарядки/разрядки).

Нанотрубки могут быть организованы в пучки различной конфигурации. Будучи всего несколько микрометров в поперечнике, пучки, используемые в качестве электродов, дают оптимизм для уменьшения размеров батарей, которые впоследствии могут стаь тонкими и гибкими. Вся идея легко масштабируема и поэтому технологична.

Проект финансируется Семейным Фондом Хартли (Hartley Family Foundation).

Евгений Биргер