Лучшие аккумуляторы

Наука и технологии
Москва, 04.03.2013
«Эксперт» №9 (841)

Wall Street Journal опубликовал рейтинг лучших разработок литиево-ионных аккумуляторов, которым (или, скорее, одной из которых) предстоит совершить революцию в области источников тока. При успешном развитии дел, надеются аналитики влиятельной американской деловой газеты, уже в среднесрочной перспективе появятся аккумуляторы, благодаря которым электромобили смогут проезжать больше 800 км на одной подзарядке, ноутбуки — работать сутками, а домашние хозяйства — эффективно и относительно дешево сохранять электроэнергию от таких капризных источников, как солнце и ветер. Возглавляют рейтинг две разработки батарей, в которых вместо графитовых анодов используются кремниевые нанопровода.

Исследования по этим направлениям были начаты еще несколько лет назад и вскоре, по уверению разработчиков первой технологии ученых из Южно-Калифорнийского университета, будет создан коммерческий источник с емкостью батарей втрое больше обычной и временем зарядки всего 10 минут. Как известно, в литиевом аккумуляторе заряд передается за счет переноса ионов лития от графитового анода к катоду. Разработчики давно думали использовать для аккумуляторного анода кремний, способный запасать заряд значительно больший, чем другие материалы. Теоретически предсказанный максимум емкости кремниевого аккумулятора, к примеру, в 10 раз больше графитового за счет вмещения кремнием большего количества литиевых ионов: с каждым из атомов кремния связывается до четырех ионов лития, в то время как для связки одного атома лития требуется шесть атомов углерода.

Использовать кремний долгое время не получалось: во время перезарядки в результате расширения и сжатия анод, изготовленный из тонких пленок кремния, быстро разрушается. Но выяснилось, что с кремниевыми нанопроводами диаметром 100 нм и длиной в несколько микронов этого не происходит. В процессе работы они не растягиваются, а только немного увеличиваются в диаметре, чему способствует пористая структура нанопроводов, позволяющая кремнию сжиматься и расширяться без разрушительных последствий. Такие нанопровода позволяют увеличить не только емкость всего аккумулятора, но и ресурс перезарядки до 2000 циклов, притом что работоспособность лучших современных литиево-ионных батарей не превышает 1000 циклов. Проблема в том, что кремниевые нанопровода пока создаются только в лаборатории, и R&D сейчас как раз направлен на разработку промышленной технологии по их производству.

Авторы второй технологии — исследователи из Стэнфордского университета. Их кремниевый анод состоит из нанотрубок с двойной стенкой, покрытой тонким слоем оксида кремния. Также ученые из Стэнфорда предлагают использовать вместо привычного литиевого катода инновационный нанокомпозитный из сульфита лития и углерода. Такие аккумуляторы по плотности запасаемой энергии вчетверо превышают соответствующий показатель обычных источников питания с литиево-кобальтовым катодом и графитовым анодом.

У партнеров

    «Эксперт»
    №9 (841) 4 марта 2013
    Ученые степени
    Содержание:
    Элеонора Леопольдовна приступила к докторской

    Предлагаемые ВАК меры способны заставить покупателей диссертаций соблюдать правила приличия и несколько повысить качество «рынка ученых степеней», однако к принципиальному оздоровлению научного сообщества это не приведет

    Экономика и финансы
    Потребление
    Реклама