Исследователи давно пробуют заменить углерод кремнием, тот способен
захватывать по четыре атома лития на каждый свой атом. Но в процесс
захвата и отдачи лития кремний очень сильно расширяется и сжимается, что
приводит к разрушению электрода и быстрому падению ёмкости батареи. Чтобы
решить эту проблему, Гарольд и его соратники придумали
графено-кремниевый композит. Графеновые листы, между которыми зажаты
кластеры из атомов кремния, своей податливостью и подвижностью
обеспечили пространство для изменения объёма электрода без его
разрушения.
В дальнейшем Гарольд намерен исследовать
возможные улучшения в катоде и электролите, чтобы ещё существеннее
нарастить возможности аккумуляторов, базирующихся на литии (фото
Northwestern University).
Что до скорости зарядки, то авторы электрода тоже нашли способ поднять
её на порядок. С помощью химического процесса они создали в графеновых
листах набор отверстий (дефектов в плоскости) поперечником по 10-20
нанометров каждое. Эти углеродные вакансии значительно повысили скорость диффузии ионов через листы композита, сообщают авторы новинки в журнале Advanced Energy Materials. Окна
в углеродных слоях позволяют литию быстрее достигать внутренних слоёв
бутерброда, нежели это происходит в обычном электроде. Все вместе
эти инновации позволили существенно поднять параметры батареи. «Даже
после 150 зарядов, которые означают год или более работы, эта батарея
всё ещё в пять раз более эффективна, чем литиево-ионные аккумуляторы,
присутствующие на рынке сегодня», — говорит Кунг.
|