Fant en måte å øke kapasiteten til litiumionbatterier med 10 ganger

Rundt om i verden leter dusinvis av vitenskapelige grupper etter alternativer for å øke kapasiteten til litiumionbatterier betydelig. Innføringen av silisium i strukturen betraktes som en lovende retning, men dens skjørhet, skjørhet av forbindelser basert på den og andre problemer tillot ikke dette på lang tid.

Men det ser ut til at forskere i Japan har klart å finne en løsning på silisiumproblemet. De kom med et nytt design av anoden laget av silikonbuer i nanostørrelse, som gir den nødvendige styrke og holdbarhet.

Moderne litiumionbatterier og deres ulemper

Så til å begynne med bare noen få ord om hvordan litiumionbatterier fungerer. Så som du vet, består et batteri av et par elektroder (katode og anode) og en elektrolytisk løsning. Så hovedoppgaven til elektrolytten er overføring av litiumioner mellom katoden og anoden, som bare er laget av grafitt.

Så, under batterilading, beveger litiumioner seg langs katode-løsning-anode-banen. I prosessen med utslipp skjer ionens bevegelse i motsatt retning.

Denne designen har vist seg godt og har fungert i mer enn et dusin år. Men den største ulempen med hele denne feilsøkte designen er at seks karbonatomer må brukes samtidig i grafittanoden for å lagre ett litiumion. Av denne grunn har disse batteriene lav energitetthet.

Silisium og dets applikasjoner

Likevel, hvis vi ser på et slikt materiale som silisium, så er et av atomene i stand til å binde seg med fire litiumioner på en gang, noe som gir en nesten ti ganger økning i energitetthet. Alt ser ut til å være bra, men forskere har fortsatt ikke klart å stabilisere silisium.

Siden det er utsatt for betydelig utvidelse (opptil 400% av det opprinnelige volumet), sammentrekninger og brøt under batteridrift, ødela alle disse deformasjonseffektene silisiumanodene fort nok.

Et forskerteam fra Okinawa Institute of Graduate Technology and Technology (OSIT) foreslo løsningen på problemet med stabilisering av silisiumanoden. Ingeniører utførte en rekke eksperimenter med lag av silisium i forskjellige tykkelser på jakt etter et gyldent middel, der vilkårene for høy energitetthet og batteristabilitet vil bli oppfylt.

Forskere har funnet ut at når silisiumlaget øker, er det først en økning i stivhet, og etter et visst punkt er det en kraftig reduksjon. Det ble besluttet å studere nærmere årsaken til en slik overgang, og dette er hva forskere har klart å etablere.

Det viste seg at når silisium blir avsatt på metalliske nanopartikler, begynner det å dannes små søyler i form av omvendte kjegler som tykner mot toppen.

Det viser seg at med avsetning av et økende antall silisiumatomer og følgelig veksten av søylene, blir de så vid at de berører hverandre og dermed danner en buet struktur av et nanometer skala.

En slik struktur er ganske sterk og til og med brukt av mennesker i konstruksjonen. Og det viser seg at før disse nano-buene ble dannet, er strukturen ganske svak, og deres enda større vekst skaper en svampete struktur med hull, som ikke er så effektiv.

Og bare i det øyeblikket dannelsen av slike buer opprettes en balanse, som gjør det mulig å gi en økt ladekapasitet og er i stand til å tåle et stort antall lade / utladningssykluser.

Det er foreløpig ikke kjent når de nye litiumionbatteriene med silisiumanode vil bli solgt, men det faktum at denne retningen er lovende, kan gjenkjennes allerede på dette stadiet.

Likte du materialet? Legg deretter fingeren opp og abonner på kanalen. Takk for din oppmerksomhet!