Американские ученые используют технологию самовосстановления для создания более долговечных литий-ионных батарей

Университет Иллинойса (University of Illinois); UI) исследователи обнаружили, что метод, который может применить технологию самовосстановления к литий-ионным батареям, позволит создать надежные и более долговечные батареи.

Исследователи разработали новый тип батареи, в которой на отрицательной стороне батареи используются композиты из кремниевых наночастиц и которые связывают композиты новым способом - проблема, присущая кремниевым элементам.

Нэнси Соттос, профессор материаловедения и инженерии в Университете Иллинойса, и Скотт Уайт, профессор аэрокосмической техники, возглавляли исследовательскую группу и опубликовали исследование в Journal of Advanced Energy Materials.

Нэнси Соттос, профессор материаловедения и инженерии в Университете Иллинойса, и Скотт Уайт, профессор аэрокосмической техники, возглавляли исследовательскую группу по разработке кремниевых наночастиц, которые можно использовать для анодов батарей и которые, как ожидается, будут использоваться для создания большего количества надежные и долговечные аккумуляторы.

«Для самовосстанавливающихся материалов это исследование является довольно новым, потому что оно может быть применено к материалам, которые хранят энергию», - сказал Уайт. «Это совершенно другой тип мишени. Помимо восстановления структурных характеристик, он также обладает способностью восстанавливать запасы энергии».

Внутри литий-ионных батарей, используемых для питания портативных устройств или электромобилей, отрицательно заряженные электроды или аноды обычно изготавливаются из композитных частиц графита. Эти батареи работают хорошо, но они долго заряжаются, и со временем продолжительность зарядки становится такой же, как у новой батареи.

«Кремний имеет очень большую емкость, и эта высокая емкость позволяет получать больше энергии от батареи, но из-за цикла батареи и ее самоопыления она также значительно расширяется».

Предыдущие исследования показали, что аноды батарей, изготовленные из частиц кремния нанометрового размера, с меньшей вероятностью разлагаются, но есть и другие проблемы.

«Батарея непрерывно заряжается и разряжается в один, два, три раза до окончательной потери емкости, потому что частицы кремния начинают отделяться от связующего», - сказал Уайт. "

Чтобы решить эту проблему, исследовательская группа усовершенствовала кремниевый анод, предоставив ему возможность самовосстановления. Это явление самовосстановления происходит за счет обратимой химической связи между наночастицами кремния и полимерными адгезивами.

«Этот процесс динамического повторного соединения по существу удерживает частицы кремния вместе с полимерными клеями, значительно улучшая долговременные характеристики электрода», - сказал Соттос.

Исследователи протестировали новые батареи, в которых не использовались обратимые химические связи, и обнаружили, что они могут сохранять 80% своей первоначальной емкости даже после 400 циклов зарядки.

Эти батареи также имеют более высокую плотность энергии, что означает, что они накапливают больше электроэнергии, чем батареи с графитовым анодом того же размера.

«Чем выше плотность энергии, тем лучше. Другой вариант - добавить больше аккумуляторов, но это значительно увеличивает вес, особенно с учетом того, что электромобили сталкиваются с такими проблемами», - сказал Соттос.

По словам исследователей, в будущих исследованиях будет рассмотрено, как этот метод самовосстановления работает с твердотельными батареями. Ученым настоятельно рекомендуется смотреть в этом направлении в недавних авариях, когда жидкости литий-ионных аккумуляторов спонтанно воспламенялись или даже взрывались.

Исследовательский проект спонсируется Центром электрохимической энергетики, передовым исследовательским центром в области энергетики, финансируемым Управлением науки и фундаментальной энергетики Министерства энергетики США.

Страница содержит содержимое машинного перевода.