литий-ионный аккумулятор будущего с оловянными нанокристаллами.
Опубликовано 18.04.2013
Литий-ионный аккумулятор– более предпочтительный энергоноситель, когда дело доходит до предоставления большого количества энергии при небольшом размере и легком весе. Он применяются в электромашинах, электрических мотоциклах, электроинструментах, ноутбуках и мобильных телефонах. Во всём мире учёные пытаются разработать литий ионные аккумуляторные батареи нового поколения с лучшей производительностью. Более мощные аккумуляторы смогли бы увеличить дальность поездки на электромобиле, и в этом может помочь новый нано материал для литий-ионных аккумуляторов, созданный в химической лаборатории в Цюрихе. В Лаборатории Неорганической Химии под руководством Максима Коваленко учёные создали новый нано материал, который позволяет сохранять в литий-ионный аккумулятор значительно больше энергии. Этот нано материал состоит из очень маленьких кристаллов олова, которые размещаются в аккумуляторе на отрицательном полюсе (аноде). Во время зарядки аккумулятора ионы лития проникают в электрод, а при разрядке снова высвобождаются из него. Чем больше ионов лития электроды могут поглощать и отдавать - тем больше энергии литий-ионный аккумулятор может сохранить.
Идеально подходящим для этого элементом является олово, так как каждый атом олова может поглотить не менее четырех ионов лития. Задача состоит в том, что бы изменить нанокристаллы олова так, чтобы при поглощении ионов лития их объём в 3 раза увеличивался, а при отдаче уменьшался. Учёным пришлось за помощью обратиться к нано технологии. Они создали самые крошечные нанокристаллы олова так, что бы они имели пористую форму. Как губка впитывает и легко отдаёт воду, так и электрод из олова в тандеме с углеродной матрицей, хорошо поглощает ионы лития во время зарядки и отдаёт при разрядке. Электрод, покрытый нанокристаллами олова толщиной в 10 нанометров смог аккумулировать в 2 раза больше энергии, чем обычный электрод. Ученые предполагают, что нанокристаллы олова меньшего размера будут работать ещё более эффективно. Конечной целью учёных является создание для людей более ёмких аккумуляторов с большим сроком службы. Для этого им предстоит провести много исследований для оптимизации оловянного электрода, а так же найти лучшую углеродную матрицу и выбрать оптимальный электролит.
Как работает литий-ионный аккумулятор:
В литий-ионных аккумуляторных батареях, энергия запасается в виде положительно заряженных атомов лития (ионов), которые находятся на отрицательном полюсе в заряженном аккумуляторе. Когда энергия забирается у аккумулятора,
отрицательно заряженные электроны перемещаются от отрицательного полюса к положительному через внешнюю цепь. Чтобы сбалансировать заряд, положительно заряженные ионы лития текут от отрицательного к положительному полюсу сквозь электролит внутри литий-ионной батареи. Этот процесс обратим и при помощи электричества, литий-ионные аккумуляторы можно снова зарядить. В большинстве современных литиево ионных аккумуляторах положительный полюс состоит из никеля, марганца и оксида кобальта, а отрицательный полюс из графита. Теперь в более мощных литий-ионных батареях нового поколения такие элементы, как кремний и олово вполне могут использоваться в отрицательном полюсе.
