Регистрация пройдена успешно!
Пожалуйста, перейдите по ссылке из письма, отправленного на
Супертег Наука 2021январь
Наука

Микропористый кремний увеличит емкость литиевых батарей в 10 раз

© Фото : Public domainКремний
Кремний
Читать ria.ru в
Поры в обычной кремниевой пластине не только обеспечивают высокую удельную площадь поверхности, что позволяет материалу эффективно "вбирать" в себя атомы Li, служащие носителем заряда в литиевых батареях. Они также делают структуру материала устойчивой к периодическим расширениям и сжатиям, возникающим в ходе циклов зарядки и разрядки аккумуляторов.

МОСКВА, 14 окт - РИА Новости. Используемый повсеместно в электронной промышленности полупроводниковый кремний, наделенный особыми микропорами, может заменить графит в современных литиевых аккумуляторах и повысить их емкость в 10 раз, сообщает пресс-служба Райсовского университета в США, где в ходе научной конференции ученые представили свои разработки.

Поры в обычной кремниевой пластине, используемой для производства микрочипов, не только обеспечивают высокую удельную площадь поверхности, что позволяет материалу эффективно "вбирать" в себя атомы Li, служащие носителем заряда в литиевых батареях. Они также делают структуру материала устойчивой к периодическим расширениям и сжатиям, возникающим в ходе циклов зарядки и разрядки аккумуляторов.

Кремний уже давно привлекает внимание ученых, занимающихся совершенствованием современных литиевых источников тока. Согласно расчетам, его кристаллическая решетка может "вобрать" в себя наибольшее количество атомов лития и обеспечить тем самым наибольшую удельную емкость (число часов работы на грамм веса) аккумулятора.

В отличие от используемого повсеместно графита, где на шесть атомов углерода может приходиться максимум один дополнительный атом Li, на каждый атом кремния в его структуре может приходиться четыре Li. Таким образом, замена графита на кремний позволит увеличить емкость аккумуляторов примерно на порядок.

Внедрение лития в структуру материалов происходит по мере работы аккумулятора и миграции катионов из катода, которым часто выступает кобальтат лития LiCoO2, в анод. Чем больше емкость анода (чем больше атомов Li может вобрать его структура), тем больше емкость аккумулятора и продолжительность работы батареи.

Проблема с использованием кремния заключается в том, что спустя несколько циклов заряда и разряда структура кремния, не выдерживая периодического сжатия и расширения, разрушается, и батарея выходит из строя.

Как показали авторы разработки под руководством Сибани Лизы Бисвал (Sibani Lisa Biswal) из Райсовского университета, поры в кремнии, имеющие диаметр примерно 1 микрон и длину 10-50 микрон, делают структуру кремния устойчивой - они позволяют ей свободно расширяться, занимая объем пор, а затем вновь сжиматься по мере того, как аккумулятор проходит стадию перезарядки.

"Изготовленные нами литиевые батареи выдерживают 200-250 циклов перезарядки", - сказала Бисвал.

Дальнейшее развитие технологии, опирающейся на повсеместно используемый, а потому дешевый кремний, и отработанные технологии микроэлекроники, вскоре может привести к существенному прорыву в плане емкости литиевых батарей.

"Этот материал потенциально может значительно увеличить емкость литий-ионных батарей, используемых в настоящее время повсеместно в бытовых, аэрокосмических и военных нуждах", - сказал Steven Sinsabaugh (Стивен Синсабау), сотрудник компании Локхид-Мартин, принимавший участие в работе.

Существенно ускорить создание нового поколение литиевых аккумуляторов повышенной емкости позволит фундаментальное понимание механизма проникновения лития в структуру кремния, вызывающее появление в ней механического напряжения. Изучением этого вопроса ученые намерены заняться в первую очередь.

 
 
 
Лента новостей
0
Сначала новыеСначала старые
loader
Онлайн
Заголовок открываемого материала
Чтобы участвовать в дискуссии
авторизуйтесь или зарегистрируйтесь
loader
Чаты
Заголовок открываемого материала
В Ингушетии полицейского заподозрили в незаконном обороте оружияСМИ сообщило о госпитализации Градского с подозрением на инсультЭксперт назвала продукт, который вырастет в цене вопреки ожиданиямСерябкиной "HOLODNO", а Слава "голодает": музыкальные новинки неделиВ Северной Каролине произошла стрельба в торговом центреУкраинский экс-чиновник захотел подать на Зеленского в судНа Украине обвинили Зеленского в потере миллиардовКосмонавты впервые перешли в новый модуль "Причал" на МКСБайден пообещал поговорить с Путиным и ЗеленскимГордон обвинил Зеленского в непорядочностиРазумков заявил о желании баллотироваться в президенты УкраиныСитуация в Таджикистане, где проходит акция протеста, остается напряженнойВ Петербурге арестовали миллиардера ЕбралидзеГлава минздрава ЮАР назвал реакцию стран на новый штамм неоправданнойВ Косово неизвестные обстреляли школьный автобус, есть погибшиеБайден рассказал, когда закончится пандемияЗахарова отметила деталь на пресс-конференции ЗеленскогоВ Раде увидели пропасть между действиями Зеленского и интересами людейРогозин: решение о создании российской орбитальной станции примет президентСША ограничат въезд из восьми африканских стран