Закаленная кремниевая губка – перспективный материал для литий-ионных батарей

Источник: phys.org

Исследователи из Университета Райса (США) разработали методику изготовления высокопроизводительных анодов для литий-ионных батарей. Ученые предложили использовать новый материал — закаленные спонжи из кремния. Он способен впитать в 10 раз больше ионов лития, чем традиционные электроды из графита. Впервые о возможности создания кремниевых губок было заявлено еще в 2010 году. Тогда команде Мадхури Тхакур удалось создать спонж с порами диаметром 1 мкм и глубиной 12 мкм. В новой работе инженеры обнаружили, что созданную путем электрохимического травления губку можно отделять от подложки. Таким образом, из стандартной пластины кремния толщиной 250 мкм получается по крайней мере 4 спонжа, открытых и сверху, и снизу. Команда также нашла способ увеличения глубины пор до 50 мкм. По своей структуре материал напоминает швейцарский сыр. Сразу после изготовления губку замачивают в проводящем полимерном связующем.

Как правило, используется полиакрилонитрил (PAN), и потом вся конструкция подвергается процедуре пиролиза (термической обработке без доступа воздуха). В результате получается прочная пористая структура, которую можно присоединить к коллектору тока. Аккумулятор с такими электродами обладает номинальной емкостью 1 260 миллиампер-часов на грамм. Мощность остается неизменной в течение 20 циклов зарядки — разрядки. Если же не обрабатывать кремниевую губку PAN и не подвергать ее закаливанию, характеристики материала намного хуже — емкость не превышает 757 миллиампер-часов на грамм и падает уже после 15 зарядных циклов. Команда ученых исследует различные методики, которые позволили бы значительно увеличить ресурс циклов зарядки-разрядки. Если эта задача будет решена, закаленная кремниевая губка станет основой новых, более экономичных аккумуляторов для электромобилей. Они смогут работать без подзарядки намного дольше, чем существующие сейчас аналоги.