Химики создали новый тип анода, отрицательного полюса литий-ионных аккумуляторов, который позволяет таким источникам питания заряжаться и разряжаться при очень низкой температуре без существенной потери в емкости. Выводы ученых были опубликованы в журнале ACS Central Science.
«Созданный нами наноструктурированный анод позволяет источникам питания заряжаться при отрицательных температурах окружающей среды без существенной потери емкости. Более того, он многократно заряжается и разряжается, а также отдает 100% запасенной энергии, даже в том случае, когда аккумулятор работает при температуре в минус 35 градусов Цельсия», — пишут исследователи.
Группа химиков из Китая и Германии под руководством профессора Института химии Китайской академии наук в Пекине Яо Цзяньняна уже много лет работает над ликвидацией одного из главных недостатков литий-ионных аккумуляторов — их тенденции быстро разряжаться и терять емкость на холоде. Это существенно ограничивает применение подобных источников питания в Заполярье и в космосе.
По текущим предположениям химиков и физиков, литиевые аккумуляторы быстро приходят в негодность на холоде из-за того, что электроды батарей значительно менее активно захватывают и отдают ионы лития при низкой температуре окружающей среды. Ученые давно пытаются исправить этот недочет, меняя химический состав и свойства анода, отрицательного полюса литий-ионных аккумуляторов.
Морозостойкие аккумуляторы
Профессор Яо Цзяньнян и его коллеги предположили, что эту проблему можно решить при помощи совершенно иного подхода. Ученые не стали менять химический состав анодов, а изменили трехмерную структуру его поверхности, покрыв электрод большим количеством углеродных наносфер, способствующих захвату и отдаче ионов лития.
Подобные аноды, как выяснили исследователи, можно достаточно просто и дешево изготавливать из металл-органических каркасов, пористых структур, состоящих из углеродосодержащих молекул и ионов металлов. Их медленный нагрев в бескислородной атмосфере приводит к формированию большого числа вложенных друг в друга сфер из атомов углерода, активно взаимодействующих с ионами лития.
Как показали первые опыты с прототипом литиевой батарейки на базе этого материала, он позволяет источнику энергии сохранять около 85% его оригинальной емкости при температуре в минус 20 градусов Цельсия, что недоступно для всех существующих типов литиевых аккумуляторов. В дополнение к этому, он на 100% высвобождал заряд при температуре в минус 31 градус Цельсия и сохранял эту способность даже через несколько сотен циклов заряда-разряд.
По словам ученых, эта особенность источников питания на базе наноструктурированых анодов позволит использовать их при разработке новых космических зондов и спутников, а также расширит применение литиевых аккумуляторов в приполярных и северных регионах Земли, где температура часто опускается ниже отметки в минус 20 градусов Цельсия.
Химики создали новый тип анода, отрицательного полюса литий-ионных аккумуляторов, который позволяет таким источникам питания заряжаться и разряжаться при очень низкой температуре без существенной потери в емкости. Выводы ученых были опубликованы в журнале ACS Central Science.
Загрузка ...
