Учени обещават турбозареждане на литиеви батерии

Международен екип от учени успя да произведе композитен материал, който е особено подходящ за електроди в съществуващите литиеви батерии. Нанокомпозитният материал може да помогне за значително увеличаване на капацитета за съхранение и удължаване живота на батериите, както и за скоростта на зареждането им. Разработката на изследователи от Юлих, Мюнхен и Прага бе публикувана наскоро в сп. „Advanced Functional Materials“.

Литиево-йонните батерии са абсолютният „критерий“, когато става дума за енергия за мобилни телефони, таблети, електрически автомобили. Техният капацитет за съхранение и енергийната им плътност надминават тези другите акумулаторни системи.

Независимо от развитието на технологията обаче батериите за смартфони издържат едва около ден, а зареждането им е продължително – което е проблем за електрическите автомобили. Затова учените работят по начини за подобряване на енергийната плътност и скоростта на зареждане на всички видове батерии, пише GreenTech.bg.

„Важен фактор е анодният материал”, обяснява Дина Фатахова-Ролфинг от Института по енергийни и климатични изследвания (ИЕК-1). „По принцип анодите, базирани на калаен диоксид, могат да постигнат много по-висок капацитет и следователно да съхраняват повече енергия от въглеродните аноди, които се използват понастоящем. Те имат способността да абсорбират повече литиеви йони”, казва Ролфинг.

Но по неговите думи, чистият калаен оксид показва много слаба стабилност на цикъла. Поради това капацитетът за съхранение бързо намалява и на практика подобни батерии могат да се зареждат само няколко пъти. Обемът на анода се променя при всеки цикъл на зареждане и разреждане, което води до разпадането му.

Един от начините за справяне с този проблем са хибридните материали или т.нар. нанокомпозити – композитни материали, които съдържат наночастици. Учените са разработили материал, съдържащ наночастици от калаен оксид, обогатени с антимон, върху основен слой от графен. Графеновата основа подпомага структурната стабилност и проводимостта на материала.

Частиците калаен оксид имат размер, по-малък от три нанометра – с други думи, по-малко от три милионни от милиметъра – и се „отглеждат” директно върху графена. Малкият размер на частицата и добрият й контакт с графеновия слой подобряват и неговата толерантност към промените в обема – литиевата клетка става по-стабилна и издържа по-дълго.

„Обогатяването на наночастиците с антимон гарантира, че материалът е изключително проводим”, обяснява Фатахова-Ролфинг. „Това прави анода много по-бърз, което означава, че може да съхранява 1,5 пъти повече енергия само за минута, отколкото би било възможно с конвенционалните графитни аноди. Може дори да съхранява три пъти повече енергия при обичайното време за зареждане от един час“.

Подобни високи енергийни плътности преди се постигаха само с бавно зареждане, пояснява Фатахова-Ролфинг. По-бързите цикли на зареждане винаги водят до бързо деградиране на капацитета. Анодите с анод, покрит с антимон, обаче запазват 77% от първоначалния си капацитет дори след 1000 цикъла на зареждане и разреждане.

„Нанокомпозитните аноди могат да се произвеждат по лесен и рентабилен начин, а приложените концепции могат да се използват и за проектирането на други анодни материали за литиево-йонни батерии”, казва Ролфинг. Тя се надява, че разработката ще проправи пътя към налагане на „литиево-йонни батерии със значително увеличена енергийна плътност и много кратко време за зареждане“.