Аккумуляторы электромобилей значительно улучшились в последние годы, но их ограниченная способность накапливать энергию все еще не дает многим людям отказаться от своих автомобилей, работающих на газе или бензине. Все может измениться, ведь новый анодный материал может четырехкратно увеличить ёмкость аккумулятора.

Как устроена батарея

Аккумуляторы содержат два электрода — анод и катод, ионы между которыми проходят через электролит. Помимо прочего, на емкость батареи влияет количество электронов, которые могут накапливаться в аноде.

Как правило, эти аноды изготовлены из графита. По словам ученых из Корейского института науки и технологии (KIST), кремний обладает в 10 раз большей емкостью накопления энергии, чем графит, но имеет один существенный недостаток в качестве материала анода — он набухает во время цикла зарядки / разрядки.

Предпринимались попытки производства стабилизированных кремниевых анодов, но стоимость и сложность применяемых методов обычно делали их коммерчески нежизнеспособными.

Новые материалы

Доктор Хун-Джи Юнг и его коллеги начали с растворения крахмала, полученного из сладкого картофеля, в воде, растворения кремния в кукурузном масле, а затем смешивания и нагревания двух растворов. В результате получился углерод-кремниевый композитный материал, в котором крошечные углеродные сферы препятствовали набуханию кремния.

Сообщалось, что при испытаниях аноды, изготовленные из композита, имели в четыре раза большую ёмкость, чем аналогичные графитовые аноды, но они также оставались стабильными в течение 500 циклов зарядки / разрядки аккумулятора. Кроме того, батареи, использующие новые аноды, могут быть заряжены до 80 процентов своей полной емкости всего за пять минут.

«Простые процессы, которые мы приняли, и композиты с превосходными свойствами, которые мы разработали, с большой вероятностью будут коммерциализированы и произведены серийно», — говорит Юнг. «Композиты могут быть применены к ионно-литиевым батареям для электромобилей и систем хранения энергии».

Исследование описано в статье, недавно опубликованной в журнале Nano Letters.

Источник: Национальный исследовательский совет по науке и технологиям

0