Популярные Нано Технологии

Кадры

Фотогалерея

Новости

Технические характеристики ионно-литиевых батарей могут быть существенно улучшены с помощью кремниевой нанопроволоки / 22.01.2009

© Евгений Биргер

Исследователи нашли способ внедрения кремния в структуру перезаряжаемых ионно-литиевых батарей, что должно помочь существенно увеличить их ресурс. Батарейки подобного типа используются во множестве приложений, включая цифровые камеры и мобильные телефоны.

Принцип действия ионно-литиевых батарей основан на перемещении ионов лития между полюсами батареи- анодом и катодом. Ионы накапливаются на аноде между слоями материала, из которого анод изготовлен. Как правило, анод изготовлен из графита. При разрядке, ионы движутся к катоду. Важным достоинством графитового анода являются очень небольшие изменения объема, происходящие при переходе ионов в анод. Кроме того, известным важным свойством ионно-литиевых батарей является высокая скорость перемещения ионов между электродами. Однако, несмотря на все вышеизложенное и большую популярность ионно-литиевых электро аккумуляторов, они имеют весьма ограничеснную емкость заряда, что не позволяет им в разумном будущем удовлетворить растущие требования новых технологий, которые одновременно требуют и более высокие ем кости заряда и удлинненный ресурс.

Эксперименты показывают, что кремний является материалом, который мог бы помочь разработчикам в поисках оптимальных решений для ионно-литиевых батареек. Однако и здесь есть свои проблемы, которые до настоящего времени ограничивают возможность использования кремниевых добавок. В частности, кремний существенно увеличивается в объеме при введении ионов. Кроме того, массивный кремний ломок и теряет емкость очень быстро.

Исследователи из Стенфордского унрверситета (Stanford University) практически преодолели эти проблемы, используя наноструктурный кремний. Результаты работы опубликованы в интернет-журнале Nano Letters (Li-Feng Cui, Riccardo Ruffo, Candace K. Chan, Hailin Peng and Yi Cui. Crystalline-Amorphous Core−Shell Silicon Nanowires for High Capacity and High Current Battery Electrodes, – Nano Lett., 2009, 9 (1), pp 491–495; DOI: 10.1021/nl8036323). Ученые разработали конструкцию кремниевых нанопроволок со структурой сердечник-оболочка, состоящих из центрального твердого сердечника, окруженного цилиндрической оболочки, идентично коаксиальному кабелю. Сердечник имеет кристаллическую структуру, в то время как оболочка имеет «аморфную» структуру. Эта работа развивает результаты, опубликованные группой год назад (Nature Nanotechnology, 2008, vol 3, p 31, DOI:10.1038/nnano.2007.411), в которых ученые писали о попытках изготовить монокристаллические проволочки с целью получения емкости зарядки в 10 раз выше, чем у углерода.

Кристаллические и аморфные компоненты имеют важные различия, но использование их совместно дает возможность получить хороший материал для анода. С самого начала проекта предполагалось, что удасться использовать аморфную оболочку для накопления и хранения ионов, в то время как сердечник будет служить прочным механическим стержнем и эффективным проводником электронов.


Обе формы кремния – и кристаллическая и аморфная – могут хранить ионы лития достаточно хорошо, но амрфный кремний имеет более высокую многоцикловую выносливость. Кроме этого, аморфный кремний реагирует с литием при более высокой разности потенциалов. Если разность потенциалов поддерживается на более высоком уровне, ионы лития не могут быть сохранены в сердечнике.

Нанопроволочки кремния со структурой «сердечник – оболочка» применяются в ряде технологий, например, в фотоэлементах, но это их первое использование в аккумуляторных батареях. Эксперименты показали, что при накоплении заряда происходит увеличение объема аморфного кремния, но не намного. Нанопроволочки кремния со структурой «сердечник – оболочка» имеют очень высокую зарядную емкость – в три раза выше, чем у аналогичного по структуре углерода, и поддерживают емкость на уровне 90% в течение 100 циклов зарядки-разрядки. Новая конструкция позволяет осуществлять очень быстрый цикл – порядка 7 минут, и может развивать достаточно высокую мощность.


Другие новости по теме:
02.02.18 - Российские ученые выпустят версию 1.0 симулятора гидроразрыва пласта в конце 2018 г
10.10.17 - Российские учетные могут разработать для Газпрома новую технологию хранения газа с использованием нанопористого графена
13.09.17 - Поможет энергия океана: ученые УрФУ создают мобильную электростанцию
21.04.17 - Нейроинтерфейсы могут стать реальностью уже через 8-10 лет
06.02.17 - Телескоп Хаббл запечатлел зарождение новой туманности
TOP100 самых популярных
новостей
за месяц
Место Наименование Показов
1

Нанокристаллы поваренной соли оказались эластичными (видео)

Американские исследователи обнаружили, что нанокристаллы поваренной соли (NaCl) эластичны. Макрокристаллы этого материала представляют собой твердые хрупкие тела. По словам ученых, новое открытие в оч

185
2

Самая быстрая флешка в мире от Intel

Intel на проходящей в Тайбэе компьютерной выставке Computex 2013 представила прототип USB-накопителя с поддержкой технологии Thunderbolt. Созданная компанией "флешка" емкостью 128 гигаб

151
3

Частный российский луноход будет построен уже летом

абочий прототип В«СеленоходаВ» — первого частного лунохода из России – выйдет на тесты летом 2012 года. Одноимённая команда, разрабатывающая аппарат, сообщила также, что рассматривает новый вариан

150
4

Новый материал для пломб на основе желчной кислоты

Ученые из Китая и Канады разработали новый материал для заполнения зубных полостей, лишенный недостатков традиционных пломб, в качестве одного из ингредиентов использованы желчные кислоты, вырабатывае

147
5

Технические характеристики ионно-литиевых батарей могут быть существенно улучшены с помощью кремниевой нанопроволоки

Исследователи нашли способ внедрения кремния в структуру перезаряжаемых ионно-литиевых батарей, что должно помочь существенно увеличить их ресурс. Батарейки подобного типа используются во множестве пр

146

Авторизация

логин
пароль
Регистрация Забыли пароль?

Реклама нефтегаз

Анонсы событий