Чтоб усовершенствовать аккумуляторы литиево-ионного типа, различные группы исследователей за годы статьи чего лишь не перепробовали. Хотя так оригинального и притом эффективного метода, как нынешний, ещё не было. Новая разработка американских специалистов предлагает ввести в конструкцию батарей крайне внезапные материалы. Они ускорили построение электродов, параллельно улучшив их свойства.
Главные компоненты литиево-ионного аккумулятора - 2 электрода (анод и катод) плюс электролит. Традиционно при изготовлении батарей применяются графит для анода и оксид металла, к примеру кобальта и никеля, для катода. Функция электролита выполняет литиевая соль в органическом растворителе.
Невзирая на очень широкое распространение, стандартные литиево-ионные батареи не могут похвастаться ни длительной работой после полной зарядки, ни сохранением одинаковой работоспособности в течение всего срока службы.
В поисках более удачной технологии для производства литиевых батарей американские инженеры из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории cфокусировались на материале, из которого изготовляют катод. Как сообщается в пресс-релизе, сперва учёные решили применять в этом качестве модернизированный вариант марганца или железа, которые в исходном собственном состоянии слегка уступают по функциональности кобальту и никелю, зато выигрывают по первоначальной стоимости производства.
"В перспективе аккумуляторы с продвинутыми электродами станут недорогой и более действенной альтернативой стандартным литиево-ионным батареям", - утверждает Чой. Тут показана общая схема опыта. Пояснения ниже (иллюстрация Choi et al.).
Американцы рассудили, что при изготовлении катодов всерьез резоннее перейти от оксидов к фосфатам металлов, что повысит стабильность статьи. В процессе отборочных испытаний всех конкурентов обошёл фосфат лития-марганца (LMP). Его химическая формула - LIMNPO4. С ним и проводились дальнейшие эксперименты.
В теории LMP как материал для электрода литиевой батареи обладает крайне высокой ёмкостью в 171 миллиампер час. на грамм вещества. Хотя на практике учёным до сих пор удалось приблизиться только к показателю в 120 Мач/г.
Частички фосфата LMP, потенциальная золотая жила для изготовителей батарей (фото Choi et al.).
В размышлениях, куда же деваются целых 30% полезной ёмкости, американцы поставили эксперименты с молекулярной структурой катода. Как полагают учёные, при изготовлении электрода стандартным методом его строение оказывается хаотичным и препятствует дальнейшей статье детали на все 100%.
Модернизировать устройство инженеры решили крайне необычным образом: они смешали кокое-то число микрочастиц воска и мыла с компонентами электрода, затем нагрели смесь до 400 °C.
Парафин, состоящий из длинных прямых молекул, "построил" молекулы металлов в некое подобие линий. Олеиновая кислота (компонент мыла) поспособствовала равномерному формированию из данных линий кристаллов, а те, в собственную очередь, под влиянием температуры сливались в микропластины. По завершению подобного построения вспомогательные материалы испарились.
Чтоб установить размеры микропластин, команда использовала просвечивающий электронный микроскоп, принадлежащий лаборатории молекулярной экологии (EMSL). Средняя толщина пластинок составила около 50 нанометров, а длина - около 2-х тыс..
Этапы просвечивающей электронной микроскопии, где a - дифракционная картина, b - "свежеизготовленная" микропластина, с - её увеличенное изображение, d -дифракционная картина под микроскопом, e и f - изображения частиц фосфата литий-марганца после измельчения (иллюстрация Choi et al.).
Для проверки новообретённых способностей LMP исследователи развели пластинки слегка далее друг от друга и добавили "поддержку" углерода, который выступил в качестве анода.
При разных режимах зарядки-разрядки материал демонстрировал и различную плотность запасаемой энергии. Так, при медленном протекании процесса на протяжении целых сут. вожделенный показатель плотности энергии составил 150 Мач/г, а при быстрой (на протяжении часа) разрядке значение упало до 117 Мач/г.
К теоретическому максимуму учёным удалось приблизиться при зарядке и разрядке на протяжении 2-х дней - из материала было "выжато" аж 168 Мач/г. Хотя, при скоростном режиме (заправка за час) тестовый аккумулятор продемонстрировал только 54 Мач/г.
Впрочем подобная "тугодумность" батареи не в особенности радует, авторы, чья статья напечатана в Nano Letters, спешат заверить, что время зарядки в будущем сократится, а сама методика располагается ещё лишь в начале долгого и знаменательного пути.
Чтоб усовершенствовать аккумуляторы литиево-ионного типа, различные группы исследователей за годы статьи чего лишь не перепробовали. Хотя так оригинального и притом эффективного метода, как нынешний, ещё не было. Новая разработка американских специалистов предлагает ввести в конструкцию батарей крайне внезапные материалы. Они ускорили построение электродов, параллельно улучшив их свойства.
