Ученые-химики обнаружили, что с помощью наночастицы кремния можно преодолеть ограничения его использования в литий-ионных аккумуляторах, что позволяет создавать устройства нового поколения, который способны хранить в 10 раз больше энергии.
Кремний повышает энергоемкость топливных элементов благодаря способности поглощать гораздо больше лития, чем графит, используемый в современных устройствах. Проблема заключается в том, что в процессе зарядки-разрядки он расширяется и сжимается, из-за чего его структура постепенно разрушается. Однако исследователи из Университета Альберты экспериментальным путем установили, что нанормазмерные частицы силициума сохраняют свою структуру после многократного поглощения и высвобождения ионов лития.
Химики изучали нанокристаллы четырех разных размеров. В ходе экспериментов они равномерно распределяли их в высокопроводящих мезопористых графеновых аэрогелях, синтезированных из углерода, чтобы компенсировать низкую проводимость кремния. В результате было установлено, что наиболее устойчивыми к разрушению и стабильными являются наименьший вариант частиц с диаметром поперечного сечения 3х10-9 м. После 500 циклов нанокомпозит демонстрировал сохранение 90% удельной емкости (1100 мАч/г) при плотности тока 400 мА/г.
По словам ученых, открытие может применить в любых устройствах, связанных с аккумулированием энергии. Это позволит десятикратно увеличить их энергоемкость или во столько же уменьшить их размер, сохранив прежние возможности.
Далее команда планирует разработать более быстрый и менее затратный способ создания кремниевых наноструктур, чтобы обеспечить их коммерческое использование.
Исследователи также синтезировали 2D материалы, которые увеличивают емкость литий-воздушных аккумуляторов в 10 раз.
текст: Илья Бауэр, фото: University of Alberta, newport.pro