Кремниевый анод значительно улучшит литий-ионные батареи

Группа учёных из Hanyang University (Южная Корея) разработала трёхмерную пористую кремниевую структуру, которая может заменить в литий-ионных батареях графитовый анод и значительно улучшить их эффективность. Что в результате должно позволить производить гораздо более мощные литий-ионные батареи и открыть новую главу в истории их развития.

Литий-ионные батареи работают накапливая и передавая ионы лития. Катод (плюс батареи), который делается из таких материалов как оксид лития и кобальта, расположен в одной части батареи, анод (минус батареи) делается обычно из графита и располагается в другой части батареи. Когда батарея заряжается, ионы лития двигаются к минусу батареи и задерживаются в графитовом аноде, когда батарея разряжается, ионы двигаются обратно к катоду.

Хоть графит и довольно слабый материал, в плане того, что может задерживать только небольшое количество ионов, его можно заряжать и разражать большое количество раз без особых проблем. Кремниевые же аноды более эффективны, но при зарядке они расширяются, а при разрядке – сужаются, что вызывает деформации внутри кремниевого стержня. Что делает непрактичным применение обычного кремния в литий-ионных батареях.

Новый кремниевый материал гораздо более пористый, чем использовавшиеся раньше. Дополнительно к пористой структуре применяется процесс отжига при 900 градусах по Цельсию для того, чтобы убрать из неё молекулы гидрокарбоната, и за тем применяется процесс травления массы, с помощью которого из заготовки убирают диоксид кремния. В результате чего структура становиться очень высокопористой.

Из-за пористости, площадь кремния значительно увеличивается, что повышает эффективность зарядки и разрядки батарей. И расширение и сжатие кремниевого стержня, которое свойственно обычному кремнию, в пористой структуре выражается только в увеличении и уменьшении объёма пор. С использованием данной технологии, исследователи заметили, что батареи заряжаются значительно быстрее и значительно эффективнее отдают заряд. Даже после 100 циклов зарядки-разрадки учёные не заметили никаких изменений в материалах батареии или в её электрических свойствах. Со времен, если учёным удастся довести данную разработку до промышленного производства, это позволит значительно увеличить эффективность литий-ионных батрей и те 6 – 7 часов, которые могут питать современные батареи ноутбуков, покажутся просто пальчиковыми батарейками, по сравнению с самими батареями ноутбуков сейчас.