Исследователи заявили, что углеродные нанотрубки могут произвести революцию в литий-ионных батареях.

Литий-ионные батареи теперь стали основным накопителем энергии, от мобильных телефонов до электромобилей. Теперь исследования показывают, как сделать их более экологичными и более эффективными. Используя углеродные нанотрубки, группа индийских ученых из Университета Клемсона в США устранила потребность в токсичных органических растворителях в традиционных батареях.

«Электроды литий-ионных аккумуляторов традиционно изготавливались с использованием органических растворителей, называемых N-метилпирролидоном или NMP. NMP используется, потому что он хорошо совместим с алюминиевой фольгой, покрытой аккумуляторными материалами», - пояснил Лакшман Вентраграда, ведущий автор ACS Omega. «NMP - дорогостоящий и токсичный продукт. Фактически, каждое производственное предприятие обычно использует систему восстановления растворителя, стоимость которой превышает 1 миллион долларов для восстановления NMP. Наша цель - заменить NMP водой и повысить производительность батареи».

Хотя вода и раньше использовалась в качестве растворителя, ее высокое поверхностное натяжение часто приводит к тому, что электрод батареи отделяется от нижней алюминиевой фольги при высыхании. Команда использовала вертикально расположенные леса углеродных нанотрубок (углерод атомарной толщины, свернутый в цилиндры), чтобы покрыть алюминиевую фольгу для достижения кавернозно-капиллярного действия.

Нанотрубный лес

«Лес углеродных нанотрубок имеет длину всего 10-30 микрон и может быть расположен вертикально на алюминии. Мы можем выращивать углеродные нанотрубки непосредственно на алюминиевой фольге при низких температурах, используя специальный процесс химического осаждения из паровой фазы», - объясняет профессор Рамакришна Подила, доцент. наук в Университете Клемсона и авторами соответствующей статьи. Нанотрубки также можно распылять на алюминий. Эту покрытую нанотрубками алюминиевую фольгу можно напрямую интегрировать в существующие производственные установки литий-ионных аккумуляторов, поскольку им не нужно вносить какие-либо изменения в существующее оборудование, кроме замены растворителей водой. "

Затем команда использовала литиевый активный материал, называемый фосфатом лития-железа или LFP, для смешивания с клеем в воде, чтобы сделать аккумуляторный электрод на алюминиевой фольге, покрытой углеродными нанотрубками. Клей помогает активному материалу прочно прилегать к фольге внизу.

Мощность и мощность аккумулятора

Во время зарядки литий-ионные аккумуляторы передают ионы лития из литиевых активных материалов с одной стороны и захватывают их графитовыми электродами с другой стороны. Во время разряда ионы лития покидают графит и возвращаются в устройства питания литий-ионного активного материала, такие как мобильные телефоны или ноутбуки. Производительность батареи измеряется по двум параметрам: энергии и энергии.

Энергия пропорциональна общему количеству электричества, которое может выдержать батарея, то есть количеству захваченных ионов лития, а мощность связана со скоростью, с которой ионы лития могут передаваться в батарее. Потребность в часах - это батареи большой мощности и высокой энергии.

Высокая скорость разряда

В обычных литий-ионных батареях быстрая зарядка высокой мощности нагревает электрод и разрушает полимерное связующее, тем самым помогая литиевому активному материалу прилипать к алюминиевой фольге. Это один из наиболее распространенных режимов отказа батареи, при котором невозможно достичь высокой мощности без ущерба для общей энергии батареи. Но новая батарея команды может выдерживать высокую энергию (600 мА / г или 500 раз за 15 минут) и имеет плотность энергии как минимум на 35-50% выше.

«Наш масштабируемый подход к нанотрубкам значительно снизил затраты. Кроме того, вода используется, чтобы сделать его более экологически чистым. Поскольку углерод легкий, он не повышает качество батареи», - добавил Подила. более дешевые и качественные литий-ионные аккумуляторы в будущем ».

Страница содержит содержимое машинного перевода.