Новости химической науки > Новая модификация литиевых аккумуляторов

Трехмерный пористый кремний является эффективным анодом для литиевых аккумуляторов.

Рисунок из Angew. Chem. Int. Edition, doi: 10.1002/anie.200804355

Литиевые аккумуляторы используются в сотовых телефонах, цифровых фотоаппаратах и ноутбуках. Однако емкость таких аккумуляторов ограничивает время беспрерывного действия этих приборов. Причина низкой емкости таких аккумуляторов кроется в относительно невысокой способности их графитового анода, абсорбировать ионы лития.

Исследовательская группа Джефила Чо (Jaephil Cho) из Университета Ханьян (Корея) разработала новый материал для анодов, который может позволить получить новое поколение аккумуляторов. Новый материал представляет собой трехмерный высокопористый кремний.

Литий-ионные аккумуляторы создают электрический ток за счет движения ионов лития. Обычно аккумулятор состоит из катода, изготовленного из смешанных оксидов металлов (например, оксид лития-кобальта) и графитового анода. При зарядке батареи ионы лития мигрируют к аноду, где они запасаются между слоями графита. При разряде батареи эти ионы мигрируют к катоду

Весьма перспективным является создание анодного материала, способного запасать большее количество ионов лития, чем графит. Альтернативой углероду может быть кремний, однако при запасании ионов лития кремний растягивается и сжимается при разрядке. После нескольких циклов зарядка/разрядка тонкие слои кремния измельчаются до порошкообразного состояния и оказываются непригодными для дальнейшего использования.

В группе Чо был разработан новый метод получения анода из пористого кремния, способного противостоять такому напряжению. Исследователи прокалили смесь наночастиц оксида кремния с частицами кремния, поверхность которых была модифицирована алкильными фрагментами при 900 °C в атмосфере аргона. Травление позволило удалить частицы оксида кремния. Полученный материал представлял собой покрытые углеродом кристаллы кремния с упорядоченной трехмерной высокопористой внутренней структурой.

Аноды, изготовленные из нового высокопористого материала, обладают большой емкостью в хранении ионов лития. Помимо этой особенности новый материал способствует быстрому транспорту ионов в процессах разрядки и зарядки, что позволяет их ускорять. Изменения объема анода при зарядке и разрядке ограничиваются лишь небольшими изменениями размера стенок пор, толщина которых составляет менее 70 нм. Обнаружено, что даже после 100 циклов зарядки-разрядки материал анода не разрушается.

Источник: Angew. Chem. Int. Edition, doi: 10.1002/anie.200804355

метки статьи: #нанотехнологии, #неорганическая химия, #новые материалы, #физическая химия, #химическая технология, #химия поверхности