Исследователи из Департамента энергетики США работают, чтобы воплотить мечту о легких и емких батареях в жизнь путем разработки литий-ионных аккумуляторов, содержащих материалы на основе кремния. Сегодня наиболее часто используются литий-ионные аккумуляторы на основе графита, но ученые все больше интересуются кремнием, поскольку он может хранить примерно в 10 раз больше лития, чем графит.
Есть только одна проблема — батареи на основе кремниевых материалов не вырабатывают ток слишком долго.
Проблема кроется в химии аккумулятора. Электролит внутри аккумулятора переносит ионы лития взад и вперед между положительными и отрицательными электродами, так как батарея заряжается и разряжается. Положительный электрод содержит литиевые компоненты, в то время как отрицательный электрод содержит графит или кремний.
Ионы лития, реагируя с отрицательным электродом, образуют новые соединения, вызывая расширение электрода, в то время как электролит производит защитное покрытие, называемое межфазным твердым электролитом.
Идеальный межфазный твердый электролит должен остановить реакцию между электродом и электролитом, при этом позволяя проходить литию. Но покрытие также должно расширяться и сжиматься вместе с электродом, иначе оно будет трескаться, и аккумулятор не будет работать.
В аккумуляторах на графитовой основе, электрод расширяется до 10%, что достаточно мало для возникновения трещин. Но электрод на кремниевой основе расширяется до 300%. Этим батареям нужен другой электролит для производства эластичной оболочки.
Исследователи обнаружили, что когда во фтор добавляют этилена карбонат, полученный электролит образует покрытие, способное растягиваться и компенсировать изменения объема в электроде.
«Фтор — это то, что дает молекуле ее особую силу», — пояснили ученые. «Фторэтилена карбонат образует защитный слой, который действует как резина. Наше достижение — показать, как небольшие изменения в молекулярной структуре могут полностью изменить свойства защитной оболочки».
Тем не менее, авторы отмечают, что они еще не полностью решили проблему электролита, пытаясь найти еще более эффективные химические соединения.
Исследователи из Департамента энергетики США работают, чтобы воплотить мечту о легких и емких батареях в жизнь путем разработки литий-ионных аккумуляторов, содержащих материалы на основе кремния. Сегодня наиболее часто используются литий-ионные аккумуляторы на основе графита, но ученые все больше интересуются кремнием, поскольку он может хранить примерно в 10 раз больше лития, чем графит.
Загрузка ...
