Нанобусы из кремния помогут создать литиево-ионные батареи будущего
Аноды на основе графита, применяемые в обычных литиево-ионных батареях, уже не соотвествтвуют требованиям, которые новейшие гаджеты предъявляют к уровню зарядки. Кремниевые аноды показывают существенно лучшие результаты, но они начинают трескаться уже после нескольких циклов зарядки-разрядки. Поэтому исследователи активно ищут наноматериалы, которые могли бы дать батареям столь же долгую «жизнь», как кремний, и при этом могли бы выдержать много циклов зарядки/разрядки, как графит. Для решения этой двойной задачи большие надежды возлагались на наноструктурный кремний, сообщает IEEE Spectrum.
И только в прошлом году И Цуй, сотрудник Стэнфордского университета и Национальной ускорительной лаборатории SLAC нашел решение: кремниевая нанотрубка с двойными стенами, покрытая тонким слоем окиси кремния. Такая конструкция позволяет накапливать в десять раз больше заряда, чем при использовании графитных анодов, и выдерживает 6000 циклов зарядки/разрядки.
В то время, как Цуй рационализирует процесс изготовления нанотрубок из кремния, ученые из Мэрилендского университета пробуют другие материалы. Юй Хуан Ван, адъюнкт-профессор химии и биохимии, вместе с коллегами успешно наростил на углеродной нанотрубке крошечные кремниевые бусинки – они и выступят в качестве анода литиево-ионной батареи.
Ученые взяли некую молекулу, иногда применяемую в пищевых ароматизаторов, прикрепили ее к углеродным нанотрубкам шириной в 50 нанометров, и пустили кремниевый газ – под его воздействием на нанотрубке выросли кремниевые «бусинки».
Испытывая «нанобусы на нитке», ученые обнаружили, что, если зарядить эту структуру ионами лития, бусинки растут как воздушные шарики. Когда ионы покидают структуру, нанобусы не трескаются и не ломаются (см. видео).
Данное исследование пока находится на начальной стадии. Нельзя предугадать, смогут ли разработчики улучшить свою технологию настолько, чтобы она составила реальную конкуренцию модели Цуя, или хотя бы коммерческим образцам фирмы California Lithium Battery, Inc. Но главное в ней – это наноструктурированный кремний, самостоятельно собирающийся при помощи самой простой процедуры. Нередко простые процессы побеждают улучшенную функциональность.
Артём Космарский nauka21vek.ru