Версия для слабовидящих
Сложные алюминиевые наночастицы позволят кардинально улучшить параметры аккумуляторных батарей Печать Email
Новости об инновациях
26.08.2015

Исследователи из Массачусетского технологического института, США, и университета Цинхуа, Китай, нашли способ утроить емкость анодов, электродов, притягивающих отрицательно заряженные ионы в литий-ионных аккумуляторных батареях. Кроме увеличения емкости предлагаемый метод может обеспечить увеличение срока жизни батарей, более быстрое время их заряда и разрядки. Новый электрод, в котором использованы алюминий-титановые наночастицы, достаточно прост в производстве и его применение имеет огромный потенциал, особенно в системах аккумулирования энергии большой мощности.

Литий-ионные аккумуляторы, используемые в наших смартфонах, планшетах и ноутбуках, хранят несущие энергию ионы в районе положительно заряженного электрода, сделанного, обычно, из графита. В теории, в качестве материала электрода могут быть использованы и другие материалы, которые обеспечат лучшие параметры батарей, большую емкость, большую плотность хранения энергии и т.п. Но каждый альтернативный вариант имеет и свои собственные недостатки. Литиевый электрод может хранить в 10 раз большее количество энергии, нежели графит, но литий является склонным к воспламенению материалом, кремний и олово также могут выиграть у графита по ряду параметров, но только при условии слишком медленного заряда и разряда, что абсолютно непрактично.

Многие из альтернативных материалов имеют тенденцию чувствительно изменять свой объем. Возникающие деформации приводят к появлению механических напряжений, которые, в течение длительного времени, повреждают контакты электродов, уменьшают емкость аккумулятора и вообще могут стать причиной повреждения его корпуса.

Группа исследователей, о которой речь шла в самом начале, нашла путь решения большинства проблем существующих аккумуляторов. А ключевым моментом этого решения стали наночастицы с твердой внешней оболочкой из титана и внутренним алюминиевым «желтком», который может свободно расширяться и сжиматься внутри титановой «скорлупы» в определенных пределах.

Это позволяет внутренней алюминиевой наночастице хранить и высвобождать ионы, а титановая оболочка предохраняет структуру электрода от повреждений, что приводит к увеличению емкости и срока службы батареи.

Алюминий является относительно дешевым материалом, который, подобно литию и кремнию, позволяет хранить больше энергии, нежели графит. Однако, он не рассматривался в качестве материала для литий-ионных аккумуляторов из-за того, что алюминиевые частицы из-за постоянных циклов расширения-сжатия постепенно теряют внешние слои. «Упаковка» алюминиевых частиц в раковину из диоксида титана или чистого титана предотвращает потерю материала и позволяет использовать алюминий в качестве основного материала электрода аккумуляторной батареи.

Для производства сложных наночастиц исследователи взяли алюминиевые наночастицы, диаметром около 50 нанометров, и поместили их в раствор, содержащий серную кислоту и оксисульфат титана. В результате произошедших там химических реакций каждая наночастица получила твердую оболочку , толщиной от трех до четырех нанометров. После пребывания в кислоте в течение нескольких часов размеры алюминиевых наночастиц уменьшились до 30 нанометров, что дало им достаточно свободного пространства внутри оболочки для того, чтобы привлечь ионы лития, расшириться, но при этом не затронуть и не повредить структуру электрода батареи.

Производя тестирование электродов нового типа, ученые выяснили, что

внешние оболочки наночастиц стали незначительно толще после 500 циклов интенсивной заряда-разрядки. Алюминиевые наночастицы при этом практически не потеряли массы и не были повреждены. В то время, как стандартный графитовый электрод обеспечивает емкость 0.35 ампер-часа на грамм, новый электрод смог обеспечить в три раза большую емкость, 1.2 ампер-часа на грамм. После проведения интенсивных испытаний, по шесть минут на каждую полную зарядку и разрядку, емкость нового электрода стала составлять 0.66 ампер-часа на грамм, что в два раза лучше показателей электродов из других альтернативных материалов.

Низкая стоимость алюминия, наряду с простым и масштабируемым процессом производства наночастиц, могут обеспечить достаточно хорошее будущее этой технологии. А исследователи к настоящему времени уже создали опытные образцы полных ячеек аккумуляторных батарей, в которых второй электрод был изготовлен из фосфата железа. В недалеком будущем эта технология будет готова выйти из стен лаборатории и войти в реальный мир, став основой новых аккумуляторных батарей, имеющих высокую емкость, меньшую массу и габариты, способные заряжаться за короткое время и имеющих более длинный срок службы.

Источник - http://www.nanonewsnet.ru/news/2015/slozhnye-alyuminievye-nanochastitsy-pozvolyat-kardinalno-uluchshit-parametry-akkumulyatorn

 

Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта