Кремний откроет новую эру в разработке литий-ионных аккумуляторов
Литий-ионные аккумуляторы стали основным источником питания всей носимой электроники. Они отличаются неплохими параметрами, но нет предела совершенству — и похоже, в разработке этих ставших незаменимыми устройств намечается новая эра.
И начало ей положит разработка аспиранта Али Або Хамада, которая стала темой его лицензиатской диссертации в Среднешведском университете. Он изобрел и проверил в лабораторных условиях экологически чистый способ изготовления кремниевых анодов для батарей.
С 1990-х годов стандартным анодным материалом служит графит, но его емкость ограничена. Кремний же способен собирать до десяти раз больше заряда на грамм, однако применение его затруднено: он растрескивается уже после нескольких циклов заряда.
Чтобы решить эту проблему, Або Хамад разработал безопасный метод создания пористой структуры частиц кремния, позволяющий им расширяться и сжиматься без разрушения. Вместо опасной плавиковой кислоты он использовал мочевину — распространенное удобрение. При нагревании с кремнием мочевина разлагается на газы, которые создают поры на поверхности частиц.
«Мочевина позволяет нам сделать кремний пористым простым, дешевым и безопасным способом. Именно это открывает путь к практическому применению кремния в аккумуляторах», — говорит ученый.
Полученный пористый кремний можно смешивать с графитом для создания композитных электродов. Испытания показывают, что электроды с содержанием пористого кремния 10–20% демонстрируют удельную емкость в два-три раза выше, чем у чистого графита, и при этом значительно стабильнее, чем электроды с необработанным кремнием, который быстро теряет производительность.
Таким образом, кремний способен существенно улучшить характеристики аккумуляторов благодаря доступному и экологичному процессу — что открывает путь к созданию более емких, долговечных и безопасных для окружающей среды батарей.
«Даже небольшие добавки кремния позволяют удвоить емкость аккумулятора. Моя долгосрочная цель — понять, как пористость влияет на стабильность, и в перспективе полностью заменить графит кремнием», — заключил Або Хамад.
