Surastas būdas padidinti ličio jonų baterijų talpą 10 kartų
Dešimtys mokslininkų grupių visame pasaulyje ieško galimybių žymiai padidinti ličio jonų baterijų talpą. Silicio įvedimas į struktūrą laikomas perspektyvia kryptimi, tačiau jo trapumas, juo pagrįstų junginių trapumas ir kitos problemos ilgai neleido.
Tačiau panašu, kad Japonijos mokslininkams pavyko rasti silicio problemos sprendimą. Jie sugalvojo naują anodo dizainą iš nano dydžio silicio lankų, kurie suteikia reikiamą tvirtumą ir ilgaamžiškumą.
Šiuolaikinės ličio jonų baterijos ir jų trūkumai
Taigi, pirmiausia, tik keli žodžiai apie tai, kaip veikia ličio jonų baterijos. Taigi, kaip žinote, baterija susideda iš poros elektrodų (katodo ir anodo) ir elektrolitinio tirpalo. Taigi pagrindinė elektrolito užduotis yra ličio jonų perdavimas tarp katodo ir anodo, kuris yra tiesiog pagamintas iš grafito.
Taigi, įkraunant akumuliatorių, ličio jonai juda katodo, tirpalo ir anodo keliu. Išmetimo procese jonai juda priešinga kryptimi.
Šis dizainas puikiai pasitvirtino ir dirbo daugiau nei keliolika metų. Tačiau pagrindinis viso šio derinto dizaino trūkumas yra tas, kad vienam ličio jonui kaupti grafito anode turi būti naudojami vienu metu šeši anglies atomai. Dėl šios priežasties šių baterijų energijos tankis yra mažas.
Silicis ir jo panaudojimas
Nepaisant to, jei pažvelgsime į tokią medžiagą kaip silicis, tada vienas iš jo atomų sugeba jungtis su keturiais ličio jonais vienu metu, o tai beveik 10 kartų padidina energijos tankį. Atrodo, kad viskas gerai, tačiau mokslininkams vis dar nepavyko stabilizuoti silicio.
Kadangi jis linkęs žymiai išsiplėsti (iki 400% pradinės apimties), susitraukimai ir veikiant akumuliatoriui, visi šie deformacijos padariniai sunaikino silicio anodus pakankamai greitai.
Okinavos technologijos ir technologijos instituto (OSIT) tyrimų grupė pasiūlė silicio anodo stabilizavimo problemos sprendimą. Inžinieriai atliko daugybę eksperimentų su įvairaus storio silicio sluoksniais, ieškodami aukso vidurio, kuriame bus įvykdytos didelio energijos tankio ir akumuliatoriaus stabilumo sąlygos.
Mokslininkai nustatė, kad padidėjus silicio sluoksniui, pirmiausia padidėja standumas, o po tam tikro momento - smarkiai sumažėja. Buvo nuspręsta išsamiau išnagrinėti šio perėjimo priežastį, ir tai pavyko nustatyti mokslininkams.
Paaiškėjo, kad kai silicis nusėda ant metalinių nanodalelių, pradeda formuotis mažytės apverstų kūgių formos kolonos, kurios storėja link viršaus.
Pasirodo, kad nusėdant vis didesniam silicio atomų skaičiui ir atitinkamai stulpams augant, jie tampa toks platus, kad liečiasi vienas su kitu ir taip suformuoja arkinę nanometro struktūrą skalė.
Tokia struktūra yra gana tvirta ir net naudojama žmonių statybose. Pasirodo, kad kol dar nebuvo suformuotos šios nano arkos, struktūra yra gana silpna, o jų dar didesnis augimas sukuria kempinę struktūrą su skylėmis, kuri nėra tokia efektyvi.
Ir tik tokių arkų susidarymo momentu sukuriama pusiausvyra, kuri leidžia užtikrinti padidintą įkrovimo pajėgumą ir gali atlaikyti daugybę įkrovimo / iškrovimo ciklų.
Kol kas nėra žinoma, kada bus parduodami nauji ličio jonų akumuliatoriai su silicio anodu, tačiau tai, kad ši kryptis yra perspektyvi, galima pripažinti jau šiame etape.
Ar jums patiko medžiaga? Tada uždėkite pirštą ir užsiprenumeruokite kanalą. Ačiū už dėmesį!