Talált egy módot a lítium-ion akkumulátorok kapacitásának 10-szeresére

Világszerte több tucat kutatócsoport keresi a lehetőségeket a lítium-ion akkumulátorok kapacitásának jelentős növelésére. A szilícium bejuttatása a szerkezetbe ígéretes iránynak tekinthető, de törékenysége, az ezen alapuló vegyületek törékenysége és más problémák ezt sokáig nem engedték meg.

Úgy tűnik azonban, hogy a japán tudósoknak sikerült megoldást találniuk a szilíciumproblémára. Az anód új kialakításával álltak elő, nano méretű szilícium ívekből, amelyek megadják a szükséges szilárdságot és tartósságot.

Modern lítium-ion akkumulátorok és hátrányaik

Először is csak néhány szó a lítium-ion akkumulátorok működéséről. Tehát, mint tudják, az akkumulátor egy pár elektródból (katód és anód) és egy elektrolit oldatból áll. Az elektrolit fő feladata tehát a lítiumionok átvitele a katód és az anód között, amely éppen grafitból készül.

Tehát az akkumulátor töltése közben a lítiumionok a katód-oldat-anód útvonal mentén mozognak. A kisülési folyamat során az ionok mozgása ellentétes irányban történik.

Ez a kialakítás jól bevált és több mint egy tucat éve működik. Ennek az egész hibakeresésnek a fő hátránya abban rejlik, hogy egyszerre hat szénatomot kell használni a grafitanódban egy lítiumion tárolására. Ezért ezeknek az elemeknek alacsony az energiasűrűsége.

A szilícium és alkalmazásai

Ennek ellenére, ha olyan anyagot nézünk, mint a szilícium, akkor az egyik atomja képes egyszerre négy lítium-ionhoz kötődni, ami az energiasűrűség majdnem tízszeres növekedését eredményezi. Úgy tűnik, hogy minden rendben van, de a tudósok még mindig nem tudták stabilizálni a szilíciumot.

Mivel hajlamos jelentős bővülésre (az eredeti mennyiség 400% -áig), összehúzódások és az akkumulátor üzem közbeni törése, akkor ezek a deformációs hatások elpusztították a szilíciumanódokat elég gyors.

Az Okinawa Graduate Technology and Technology Institute (OSIT) kutatócsoportja megoldást javasolt a szilíciumanód stabilizálásának problémájára. A mérnökök egy sor kísérletet hajtottak végre különböző vastagságú szilíciumrétegekkel egy arany középút keresése céljából, amelyek során teljesülnek a nagy energiasűrűségű és az akkumulátor stabilitásának feltételei.

A tudósok azt találták, hogy a szilíciumréteg növekedésével először megnő a merevség, és egy bizonyos pont után élesen csökken. Úgy döntöttek, hogy részletesebben tanulmányozzák ennek az átmenetnek az okát, és ezt a tudósok meg tudták állapítani.

Kiderült, hogy amikor a szilícium lerakódik a fémes nanorészecskékre, megfordított kúpok formájában apró oszlopok kezdenek kialakulni, amelyek a teteje felé megvastagodnak.

Kiderült, hogy egyre több szilíciumatom lerakódásával és ennek megfelelően az oszlopok növekedésével az olyan széles, hogy megérintik egymást, és így egy nanométeres íves szerkezetet alkotnak skála.

Egy ilyen szerkezet meglehetősen erős, és az emberek még az építkezés során is használják. És kiderült, hogy mielőtt ezek a nanoívek kialakultak volna, a szerkezet meglehetősen gyenge, és még nagyobb növekedésük egy lyukas szivacsos szerkezetet hoz létre, ami nem annyira hatékony.

És csak az ilyen ívek kialakulásának pillanatában jön létre egy egyensúly, amely lehetővé teszi a megnövekedett töltőkapacitás biztosítását, és képes ellenállni a számos töltési / kisütési ciklusnak.

Egyelőre nem tudni, hogy mikor kerülnek értékesítésre az új szilíciumanóddal rendelkező lítium-ion akkumulátorok, de az a tény, hogy ez az irány ígéretes, már ebben a szakaszban felismerhető.

Tetszett az anyag? Ezután tegye fel az ujját, és iratkozzon fel a csatornára. Köszönöm a figyelmet!