Новая литий-ионная ячейка с очень высокой плотностью мощности и энергии на основе графена

Опубликовано ssu-filippov в 28 сентября, 2011 - 03:53

Сотрудники американских компаний Nanotek Instruments и Angstron Materials сконструировали литий-ионную ячейку, которая превосходит традиционные литий-ионные аккумуляторы и «суперконденсаторы» по плотности мощности и энергии.

Такие результаты обеспечивает оригинальный механизм действия ячейки: в ней происходит обмен ионами между поверхностями двух наноструктурированных электродов, а привычные процессы интеркаляции и деинтеркаляции лития роли не играют. Пористые катод и анод нового устройства имеют обширные углеродные поверхности, непосредственно контактирующие с жидким электролитом; в первом рабочем цикле литий, который находится в форме частиц или фольги на аноде, ионизуется, полученные ионы через электролит продвигаются к катоду, проникают в поры и очень быстро захватываются. При перезаряде ионы лития столь же быстро высвобождаются и мигрируют к аноду.

Рис. 1. Схема новой литий-ионной ячейки (иллюстрация ACS, Jang et al.).

Электроды литий-ионных ячеек изготавливались из графена (85%), политетрафторэтилена (10%) и проводящей добавки (5%). В экспериментах они демонстрировали плотность энергии, доходящую до 160 Вт•ч/кг, что в 30 раз выше возможностей обычных симметричных «суперконденсаторов» (5 Вт•ч/кг) и сравнимо с показателями литий-ионных аккумуляторов. Плотность мощности при этом составляла 100 кВт/кг, в то время как «суперконденсаторы» дают лишь 10 кВт/кг, а литий-ионные батареи — 1 кВт/кг.

В ближайшее время учёные планируют более точно оценить срок службы устройств, которые, как показали исследования, могут сохранять 95% ёмкости после тысячи рабочих циклов.

«Мы не видим никаких серьёзных препятствий, способных задержать коммерциализацию технологии, — говорит один из основателей Nanotek Instruments и Angstron Materials Бор Цзян (Bor Jang). — Конечно, графен сейчас продаётся по очень высоким ценам, но в ближайшие годы стоимость его производства должна резко снизиться».

Рис. 2. Сравнение характеристик новых устройств (разные символы соответствуют разной толщине электродов) и уже известных электрохимических конденсаторов и литий-ионных аккумуляторов (иллюстрация ACS, Jang et al.).

Полная версия отчёта опубликована в статье:

Bor Z. Jang, Chenguang Liu, David Neff, Zhenning Yu, Ming C. Wang, Wei Xiong, and Aruna Zhamu Graphene Surface-Enabled Lithium Ion-Exchanging Cells: Next-Generation High-Power Energy Storage Devices. – Nano Lett. – 2011. – 11(9). – pp 3785–3791; DOI: 10.1021/nl2018492. Publication Date (Web): August 8, 2011.

Источник(и):

1. PhysOrg

2. compulenta.ru