Гранат увеличит емкость батарей в десять раз

Команда ученых из Стэнфордского университета и Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики США совершила прорыв в батарейных технологиях. После восьми лет попыток создания нового поколения ионно-литиевых аккумуляторов, которые обращаются к кремнию для хранения заряда, ответ был найден в... гранатах.

Суть разрешенной проблемы в следующем. Кремний, с одной стороны, является хрупким материалом, который легко разбухает и разрушается во время процедуры заряда. Кроме того, он имеет тенденцию реагировать с электролитом, превращая его в бурду, покрывающую анод и нарушающую его нормальную работу. Но, с другой стороны, кремний способен удержать до десяти раз больше заряда, нежели нынешние ионно-литиевые аккумуляторы.

Так вот, решение задачи исследователям подсказала сама природа, а точнее тот способ, которым семена граната упакованы в отдельные грозди. Было решено воспользоваться кремниевыми нанопроволоками (они слишком малы, чтобы разрушиться), поместив их методом микроэмульсии в прочные электропроводящие углеродные оболочки, за счет полостей позволяющие кремнию разбухать до некоторого предела. Полученные «зерна» затем собираются в «грозди» и покрываются более толстой углеродной оболочкой, которая скрепляет множество «гроздей» в конфигурацию «граната» и выступает барьером для электролита так, чтобы обеспечить должную магистраль для прохождения электрических токов. И хотя «грозди» слишком малы, чтобы рассмотреть их отдельно, вместе они формируют черную пудру, которой покрывается фольга в целях создания анода.

Ученые утверждают, что проект приблизил к коммерческому воплощению небольших, легких и мощных батарей с кремниевыми анодами. Когда-нибудь смартфоны, планшеты и электромобили смогут их взять на вооружение, в разы продлив длительность автономной работы. Эксперименты показали, что кремниевый аккумулятор сохраняет 97-процентную емкость даже после 1 тыс. циклов заряда-разряда, то есть лежит в допустимых для коммерциализации нормах. Осталось изыскать способ упрощения указанной выше технологии и найти недорогой источник кремниевых наночастиц, которым, кстати, вполне может стать рисовая шелуха, непригодная для пищи и содержащая до 20% диоксида кремния.

© СОТОВИК