Команда ученых во главе со специалистами из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории обнаружила новый тип кремний-углеродных нанокомпозитов, из которых можно изготовить электроды, повышающие емкость современных аккумуляторов в 10 раз.
Новый электрод позволяет минимум в 5 раз увеличить электрическую мощность батарей и создавать более надежные и дешевые аккумуляторы, которые так нужны современной технике.
Как материал для изготовления аккумуляторов кремний имеет свои преимущества и недостатки. Он может хранить большой заряд, но при зарядке «разбухает» и увеличивается в 3 раза по сравнению со своим обычным состоянием. В результате, если плотно упаковать кремниевые электроды, это расширение может вызвать взрыв батареи.
Ученые решили создать наноразмерные композитные электроды, состоящие из кремния и углерода. Сочетание высокой проводимости углерода и большой емкости кремния позволяют сделать идеальный аккумулятор: емкий и с большой силой тока.
В лаборатории новые электроды демонстрируют уникальные достоинства: сохранение характеристик батареи после 100 циклов заряд/разряд и емкость около 1000 миллиампер-часов на грамм материала – это в 5-10 раз больше емкости обычных электродов литий-ионных аккумуляторов. Более того, благодаря углеродным нановолокнам скорость зарядки нового аккумулятора в 60 раз выше, чем у аккумуляторов с электродами из чистого кремния.
Как и ожидалось, при зарядке нового аккумулятора на основе кремний-углеродного нанокомпозита слой кремния равномерно увеличился в объеме на 300%, благодаря чему повышается эффективность и долговечность батареи.
В дальнейшем ученые планируют определить оптимальную толщину слоя кремния композитного электрода и создать прототип нового дешевого аккумулятора с большой емкостью и продолжительным сроком службы.
