Тривимірні наноструктуровані композити дозволяють створювати відмінні аноди

Схематичне зображення запропонованої конструкції анода , що складається з трьох компонент .

Група вчених із США запропонувала принципово нову конструкцію електрода на основі наноструктурованих кремнієвих часток , що проводить полімерного гідрогелю та вуглецевих нанотрубок. На думку вчених , розроблена структура може бути ідеальна для застосування в якості анода в літій -іонних акумуляторах.

За попередніми оцінками продуктивність батарей на основі подібних електродів може досягати 1600 мА * г на грам . Більше того , електрод здатний витримати більше 1000 циклів перезарядки при силі струму порядку 3,3 А на грам . А самим головним достоїнством розробки є той факт , що подібні електроди можуть створюватися за допомогою масштабованого процесу синтезу і комерційно доступних методів формування тонких покриттів.

Кремній вважається чудовим і порівняно дешевим матеріалом для створення анодів літій -іонних батарей , оскільки він має теоретичну продуктивність в 4200 мА * г на грам , що в десять разів перевищує кращі з сучасних технологій , заснованих на графітових електродах .

Однак практичне застосування кремнію впирається в одну проблему : цей матеріал розширюється і стискається на 400% в обсязі при переході від циклу зарядки до розрядки і навпаки. Це призводить до надзвичайно швидкого пошкодження матеріалу , тобто до обмеження його життєвого циклу .

Проблему , здається , вирішила група вчених із США , запропонувавши пористу конструкцію анода .

Група вчених з University of Texas ( США ) створила електрод з частинок наноструктурованого кремнію , що проводить полімерного гелю , а також вуглецевих нанотрубок ( Si / PPy / CNT ) за допомогою методів синтезу з розчину. За основу дослідники використовували водний розчин, що містить провідні мономери полімеру і агент фітіновой кислоти , а також другий розчин з молекулами персульфата амонію , що виступає в ролі ініціатора реакції . Після з'єднання розчинів до суміші додаються наночастинки кремнію , а також вуглецеві нанотрубки , створені за допомогою комерційних методик виробництва.

У результаті впливу персульфата амонію , в розчині починається реакція полімеризації , за рахунок якої на поверхні кремнію утворюється покриття , а також тривимірна мережа гідрогелю . Через 10 хвилин після початку реакції , кінцева суспензія готова до того , щоб її наносили на мідні колектори струму для формування анодів .

Створена структура дозволяє подолати описане вище перешкода у використанні кремнію в основі електродів акумуляторів , оскільки за своєю суттю вона являє собою тривимірну провідну пористу матрицю , всередині якої кремній може вільно розширюватися. А шар полімеру в 20 нм , сформований на поверхні кремнієвих часток , робить їх більш стабільними.

Головне достоїнство розробки полягає в тому , що запропонована технологія виробництва сумісна з існуючими методиками створення літій -іонних акумуляторних батарей. Тобто потенційно подібні аноди можуть створюватися у великих кількостях і використовуватися в наступному поколінні літій -іонних акумуляторів , які мають набагато більшу щільність енергії, що запасається і більш тривалий термін служби. Останнє - особливо важливо , коли мова йде про постійно зростаючих потребах збереження енергії для живлення портативної електроніки та електричних транспортних засобів.

Деталі роботи вчених опубліковані в журналі Nano Letters . В даний час команда планує більше часу присвятити вивченню електрохімічних властивостей створеного « потрійного » електрода , щоб краще зрозуміти взаємодію між м'яким полімером і жорстким неорганічним кремнієм .

Кінцевою метою є моделювання розвитку електрохімічної кордону розділу середовищ в режимі реального часу.

Джерело (і ) :

1 . sci - lib.com

2 . nanotechweb.org