Понад 3500 мА·год/г: інноваційна конструкція Li-ion батарей стане революційною для електрокарів

Исследователи из Института передовых технологий (ATI) Университета Суррея разработали новую конструкцию Li-ion батареи, способную значительно увеличить запас хода электромобилей.

В исследовании был представлен новый анод, который обеспечивает один из самых больших показателей емкости хранения энергии для систем на основе кремниевых и углеродных нанотрубок. Он сохраняет стабильность в течение сотен циклов заряда-разряда.

Графит, который в основном используется в анодах, обещает стабильную работу, однако имеет ограничения по емкости. С другой стороны кремний имеет значительно большую емкость, однако он расширяется во время зарядки, что со временем приводит к растрескиванию и деградации.

Для решения этого исследователи разработали структуру вертикально интегрированных кремний-углеродных нанотрубок (VISiCNT). Эта конструкция включает плотные массивы углеродных нанотрубок, которые выращиваются непосредственно на медной фольге и покрываются тонким слоем кремния, создавая гибкий проводящий каркас, способный компенсировать расширение кремния, сохраняя характеристики.

В ходе лабораторных испытаний анод накапливал более 3500 мА·ч/г, что близко к максимальной емкости кремния и гораздо выше, чем у графита (370 мА·ч/г). Инновационный анод также демонстрировал улучшенную стабильность и производительность в течение многочисленных циклов зарядки-разрядки.

«В последнее время наблюдается растущее стремление к инновациям в сфере аккумуляторов, поскольку многие современные технологии ограничены объемом энергии, который могут хранить аккумуляторы. Наша конструкция VISiCNT предлагает практический способ использования огромной емкости кремния для хранения энергии без ущерба для срока службы», — отмечает автор исследования, доктор Мухаммад Ахмад.

Ключевым преимуществом такого подхода является непосредственное выращивание углеродных нанотрубок на медной фольге, поскольку медь уже используется в коммерческих батареях. Это может упростить внедрение технологии в существующие производственные линии.

По словам ведущего исследователя и директора ATI, профессора Рави Сильвы, сейчас уже доступно быстрое выращивание структур на основе углеродных нанотрубок и регулирование стабильности кремниевого слоя. Технология имеет значительный потенциал не только для электрокаров, но и для хранения энергии в энергосетях и для создания миниатюрных батарей, используемых в микроэлектронике.

Ранее мы писали, что новые китайские Li-ion-батареи удвоят запас хода электрокаров и будут работать даже при — 70°C. Недавно исследователи также создали первый прототип беспроводной квантовой батареи.

Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Applied Energy Materials