Ученым удалось заменить графит на кремний в литиевых батарейках

Уже долгое время ученые стремятся усовершенствовать литиевые батареи при помощи замены используемого в них графита на кремень. Такая процедура дала бы возможность увеличить ёмкость батарей, оставив их размеры прежними. Однако на этом пути всегда стояло одно крупное препятствие – небольшой срок жизни таких устройств. Дело в том, что несколько циклов перезарядки постепенно нарушают структуру кремниевого анода, что делает батарею непригодной для дальнейшего использования. Кроме того, использование батарей с заменой графита на кремень помогло бы избежать дорогостоящего ремонта или замены элемента питания.

Напомним, что литиевые батарейки вполне успешно на сегодняшний день конкурируют в некоторых областях техники с более дешевыми элементами питания с водным электролитом. Наиболее распространенные области применения таких элементов питания: мобильные гаджеты, фотоаппараты, ноутбуки. В ряде случаев наличие качественной батарейки может помочь избежать ремонта техники.

И вот, наконец, команде учёных – материаловедов из университета в Стэнфорде, которой руководит Йи Кюи (Yi Cui), кажется, удалось разрешить вопрос стабильности кремниевого анода.

Созданный ими новый анод сделан из кремниевых нанотрубок с двойной стенкой и покрытием из керамики с внешней стороны. Внешний слой позволяет избежать расширения в ходе работы, и впоследствии дает возможность трубкам остаться неповреждёнными. Причем, размеры этих трубок не мешают прохождению в анод молекул электролита. В результате получается анод, способный пережить более 6000 циклов перезарядки, потеря емкости при которых максимально составит 15 %. Ближайшая задача команды Кюи – упрощение процесса производства нового анода, а также проектирование источника питания, который обещает быть в 5 раз более эффективным, нежели современные Li-ion батареи.