Улучшат качество литий-ионных батарей специальные наноцепи из сурьмы

Большая часть исследований, посвященных изучению того, как улучшить современные литиевые батареи, сосредоточена на материале, используемом для электрода, который хранит ионы для генерации электрического тока.

Сейчас мы используем только графит, но есть и альтернативные материалы, которые обещают лучшую производительность, но при этом уступают по другим важным аспектам, включая безопасность.

Ученые из Университета Пердью в настоящее время придумали конструкцию, которая, по их словам, позволяет использовать усовершенствованный электродный материал, сочетающий в себе рабочие характеристики и безопасность, сначала создав его в сетчатую структуру, называемую нано цепью. Ученые рассматривают различные материалы с лучшими характеристиками в качестве кандидатов на смену графиту, обычно используемому для литий-ионных аккумуляторов, но у них есть и свои недостатки, такие как слишком большой вес или неправильная формы для использования в коммерческих продуктах.

В то время как исследователи продолжают пытаться сгладить эти недостатки, команда Университета Пердью заявляет о большом прорыве в отношении металлоида, известного как сурьма.

Сурьма – новый материал для литий-ионных батарей

Сурьма использовалась в течение тысяч лет в египетских артефактах, таких как вазы, в которых был обнаружен металл, а египетские женщины,вполне возможно, использовали ее в качестве подводки для глаз. В наши дни его можно найти в огнезащитных материалах, телевизионных экранах и других электрических устройствах. Интерес исследователей аккумуляторов связан с доказанной способностью материала, повышать зарядную емкость экспериментальных литий-ионных аккумуляторов.

Но встроить его в литий-ионную батарею, которая может, например, питать смартфоны, пока что сложно. Исследователи обнаружили, что использование металлов сурьмы и других подобных компонентов для электроники приводит к тому, что материал расширяется в три раза по сравнению с первоначальным размером при зарядке.

Проблемы и их решение

«Мы хотим приспособить этот тип расширения к батареям вашего смартфона. Таким образом, мы сделаем его полностью безопасным для пользователей», - говорит Вилас Пол, доцент химического машиностроения Университета Пердью. Пол и его коллеги придумали дизайн, который вполне может решить этот ключевой недостаток. Команда добавила в смесь восстановитель под названием аммиак-боран, что позволило им соединить крошечные отдельные частицы сурьмы в структуру, похожую на сеть.

Ключом к этому является аммиак-боран, который создает пустоты внутри нано цепи и, следовательно, позволяет материалу расширяться без сбоев. Команда обнаружила, что этот подход работает только применительно к определенному типу соединения сурьмы, которое называется хлорид сурьмы. Они проверили учетные данные компонента батареи нано цепи в лаборатории и обнаружили, что она сохраняет литий-ионную емкость стабильной в течение 100 циклов зарядки и разрядки.

«По сути, если нет никакой разницы между 1 и 100 циклом зарядки, то вряд-ли проблемы будут потом», - говорит Пол. Используя эту информацию, команда планирует протестировать нано цепные электроды в аккумуляторных батареях, чтобы увидеть, как они работают.