Группа исследователей разработала новый вид сверхтонких аккумуляторов из композитных электродов, которые могут накапливать вдвое больше энергии без изменения веса и служат в 2,5 раза дольше лучших коммерческих вариантов.
Совершенствование литий-ионных аккумуляторов требует максимального увеличения их емкости. Для этого необходимы толстые электроды, работающие с почти теоретической удельной мощностью. Однако их утолщение сдерживается механической нестабильностью и ограничением показателей проводимости.
Исследователи из лаборатории Nokia Bell, компании AMBER, Центра перспективных исследований материалов и биоинженерии Дублинского Тринити-колледжа решили проблему с помощью новой конструкции электродов.
Они разработали сегрегированный сетчатый композит из углеродных нанотрубок с рядом материалов для хранения лития (например, частиц кремния, графита и оксидов металлов), который подавляет механическую нестабильность за счет высокой прочности. Это позволяет изготавливать высокоэффективные электроды с толщиной до 0,8 мм.
Такие электроды имеют низкое сопротивление переносу заряда и удельную электропроводность до 1×104 См/м, что обеспечивает быструю доставку энергии и почти теоретическую удельную емкость даже для толстых структур. Сочетание высокой толщины и удельной мощности обеспечивает нормализованную по площади удельную емкость до 45 и 30 мАч/см2 для анодов и катодов, соответственно, и объемную плотной энергией в 480 Вт/кг.
Исследователи Nokia говорят, что их разработка найдет применение в смартфонах, сетях 5G, устройствах Интернета вещей, электромобилях, дронах и системах хранения возобновляемой энергии.
Пока литий-ионные аккумуляторы остаются лидерами на рынке, а ученые активно их совершенствуют. Недавно они нашли способ предотвратить их возгорание.
текст: Илья Бауэр, фото: tech-worm