От Robert F. Service, 14 август 2009 г., 00:00 ч
С продажби от 27 милиарда долара годишно, литиево-йонните батерии вече доминират на пазара за акумулаторни батерии. Но винаги има натиск да се направи по-добре. Сега изследователите съобщават, че са измислили начин да използват нанотехнологиите, за да увеличат значително капацитета за съхранение на енергия на литиево-йонните батерии или да намалят теглото им, като същевременно запазят текущото си енергийно съдържание. Новата работа може да доведе до всичко - от по-леки лаптопи до електрически автомобили със значително по-голям обхват.
В конвенционалните акумулаторни батерии, положително заредените литиеви йони се съхраняват в анод на основата на въглерод и се вливат в катода при разреждането на батерията. Carbon е лек и издръжлив в продължение на много цикли на зареждане и разреждане. Но са необходими около шест въглеродни атома, за да се задържи всеки литиев йон. Наскоро изследователите се опитват да направят аноди от кристален силиций, защото всеки силициев атом може да побере около четири литиеви атома, което му дава потенциал да съхранява много повече енергия.
През 2007 г. изследователи, водени от Yi Cui, учен по материали в Университета Станфорд в Пало Алто, Калифорния, направиха точно това. Те изработиха своя анод от кристални силициеви нанонитки, достатъчно тесни, за да набъбнат и да се свият с по-малко щети. Батериите биха могли да съхраняват до 10 пъти заряда в сравнение с конвенционалните акумулатори, но те се изхабяват при многократни цикли на зареждане и разреждане. Проблемът е, че кристалният материал в крайна сметка се счупва, разрушавайки способността му да се презарежда.
Така че за настоящото си проучване екипът на Cui замени крехките силициеви наножици с въглеродни нановолокна, които след това бяха облечени в аморфен силиций. Присъщата стабилност на въглеродните ядра позволява на изследователите да зареждат напълно аморфния силиций с литиеви йони. Резултатът, който те съобщават в предстоящия брой на Nano Letters, е, че новите въглеродно-силициеви хибридни аноди имат шест пъти по-голяма капацитет на зареждане като конвенционалните изцяло въглеродни аноди, но в ранните тестове изглеждат по-стабилни от всички силициеви колеги. Това в крайна сметка може да позволи на батерийните компании да произвеждат по-леки батерии, което може да е ключово за бъдещите електрически автомобили; компаниите също биха могли да запазят теглото на батерията еднакво, но да увеличат количеството енергия, която съхраняват с до 50%, предполага Куи.
Арумугам Мантирам, химик по материали и експерт по батерии в Тексаския университет, Остин, хвали напредъка. Но доколко констатациите ще подобрят бъдещите батерии, не е ясно, казва той, тъй като новите материали все още трябва да бъдат интегрирани с други компоненти на батерията и да бъдат доказани като евтини, безопасни и бързо зареждащи се. "Това е много, много предизвикателен проблем", казва Мантирам. „Ето защо технологията на батериите се променя толкова бавно.“
Робърт Ф. Сервиз
Боб е репортер на новини за Science в Портланд, Орегон, отразяващ химията, материалите и енергийните истории.
- Загубата на тегло е по-трудна от новините на ракетните научни хакери
- Загубата на тегло ето защо тези последните няколко килограма могат да бъдат най-трудни за загуба - според науката
- Отслабване не е ракетна наука
- Бог на гръмотевиците; Растението може да помогне при отслабване Наука на живо
- Отслабването е по-трудно от ракетната наука