Новости науки, здоровья и космоса на портале GlobalScience.ru. Информеры для владельцев сайтов. Создайте свой собственный новостной сайт, используя наши бесплатные новостные информеры.
Конструктор новостных информеров
12/05/2012

Новые батареи показывают чудеса долговечности и емкости

Новые батареи показывают чудеса долговечности и емкости

Вот уже на протяжении более чем 10 лет, ученые пытаются улучшить батареи на основе лития, заменив графит одного из терминалов на кремний, что позволяет хранить в 10 раз больше энергии. Но проблема заключалась в том, что уже через несколько циклов зарядки/разрядки, кремниевая структура начинает трескаться и крошиться, и батарея разрушается.

Команда, которую возглавляет материаловед Йи Кьюй из Стэнфорда, смогла обнаружить решение: искусно спроектированная двухстеночная наноструктура позволяет новой батарее сохранять свои свойства на протяжении более 6000 циклов, что намного превосходит потребности индустрии электрических автомобилей или мобильной электроники. При заряде раз в день, срок службы составит 16 лет.

"Это весьма положительное достижение на пути к нашей цели, которая заключается в создании более компактных, легких и долговечных батарей", - сказал Кьюй. Результаты были опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.

Литий-ионные батареи широко применяются в качестве источника энергии для электромобилей и портативной электроники, поскольку хранят относительно большое количество энергии и относительно компактны. Принцип работы этой батареи основан на перетекании ионов лития через жидкие электролиты между двумя терминалами под названием анод и катод.

Ученые уже давно пытаются создать батарею, в которой анод состоит из кремния. Преимущество такого решения заключается в том, каким образом ионы лития связываются с кремнием при заряде. До 4 ионов лития присоединяются к каждому атому кремниевого анода - для сравнения, всего один атом лития связывается с шестью атомами углерода в применяемом сегодня графитовом аноде. Этим обусловлено увеличение емкости батареи.

Однако, это ведет к увеличению анода в четыре раза от его первоначального объема. Более того, некоторые электролиты вступают в реакцию с кремнием, покрывая его и не давая произвести зарядку. Когда литий вытекает из анода при разрядке, то анод сжимается до своих первоначальных размеров и покрытие трескается, обнажая свежий кремния для электролитов.

Всего за несколько циклов, такое расширение и сжатие в сочетании с атакой электролитов, уничтожает анод в ходе процесса под названием "декрепитация".

В течение предыдущих пяти лет, группа Кьюй постепенно увеличивала долговечность кремниевых анодов, сделав их из нанопроводов, а затем из полых кремниевых наночастиц. Их новый образец состоит из двустеночной кремниевой нанотрубки, покрытой тонким слоем оксида кремния - очень крепкого керамического материала.

Этот крепкий внешний слой удерживает внешнюю стенку нанотрубки от расширения, так что она остается невредимой. Вместо расширения вовне, кремний благополучно заполняет полые внутренности между двумя стенками, размеры которых слишком малы для попадания молекул электролита. После 6000 циклов он сохраняет 85 процентов первоначальной емкости.

Кьюй рассказал, что дальнейшие исследования будут нацелены на упрощение процесса создания двустенных кремниевых нанотрубок. Часть его группы работает над разработкой нового высокоэффективного катода, который составит пару новому аноду в форме батареи, емкость которой будет в пять раз превышать современные образцы литий-ионных батарей.

В 2008 году Кьюй основал компанию Amprius, которая обладает правами на патенты Стэнфорда на разработанные им кремниевые нанопроводные аноды.

Оригинал (на англ. языке): Phys.org

 
Печать
Рейтинг:
  •  
Авторизуйтесь для оценки материала

С этим материалом еще читают:

Прозрачная электроника привела к прорыву в солнечной энергетике

Прозрачные транзисторы и оптоэлектроника, созданная исследователями из Государственного Университета штата Орегон и компании Hewlett Packard, нашли свое первое важное промышленное применение в новом типе солнечной энергетической системы, которая, по словам ее создателей, в четыре раза более рентабельна, чем любая существующая технология.
 

WildCharger - революционное зарядное устройство без проводов

WildCharger - революционный продукт компании WildCharge Inc - недавно стал обладателем сразу нескольких наград, вручаемых на международной выставке электроники. WildCharger - одно из самых лучших на сегодняшний день беспроводных зарядных устройств - был признан лучшим в категории портативных источников энергии, а журнал TIME назвал WildCharger лучшим изобретением 2007 года.
 

Инженеры из США усовершенствовали жидкостные батареи

Ученые Массачусетского технологического института предложили новую технологию, которая значительно улучшает имеющуюся конструкцию жидкостных аккумуляторов. Усовершенствование позволяет новым батареям работать при более низких температурах, они имеют более простую конструкцию, длительный срок службы и меньшую стоимость. Батарея использует два слоя жидкого металла, разделенных слоем расплавленной соли, которая действует
 
 

Еще из категории технологии:

 
 
 

Последние комментарии

 

Комментариев нет. Будьте первым!

Пожалуйста, авторизуйтесь, чтобы иметь возможность оставлять комментарии.
 
 
 

Рассылка топовых новостей

 
 


 

Читательский топ

 
 

Главная | космос | здоровье | технологии | катастрофы | живая планета | среда обитания | Читательский ТОП | Это интересно | Строительные технологии

RSS | Обратная связь | Информеры | О сайте | E-mail рассылка | Как включить JavaScript | Полезно знать | Заметки домоседам | Социальные сети

© 2007-2020 GlobalScience.ru
При полном или частичном использовании материалов прямая гиперссылка на GlobalScience.ru обязательна