Работу элементов питания изучат на наноразмерном аккумуляторе

В Национальной лаборатории Sandia создан самый маленький в мире аккумулятор – его анод состоит из одного нанопровода толщиной в одну семитысячную от толщины человеческого волоса.

Крошечный перезаряжаемый литиевый аккумулятор был создан исключительно для изучения характеристик анода и поэтому был собран внутри просвечивающего электронного микроскопа в центре разработки нанотехнологий CINT - учреждении Министерства энергетики США, которое совместно управляется лабораторией Sandia и Лос-Аламосской национальной лабораторией.

Современные литий-ионные батареи широко распространены, но они имеют низкую плотность энергии, что существенно ограничивает возможности техники и не соответствуют сегодняшнему спросу на мощные источники питания.

Литий-ионные батареи на основе наноматериалов открывают перспективу значительного улучшения параметров мощности и плотности энергии и могут дать начало новому поколению роботов, электрических транспортных средств, ноутбуков, мобильных телефонов и т.д. Эксперимент поможет изучить процесс зарядки и разрядки аккумулятора с атомным разрешением в режиме реального времени, что позволит понять механизмы работы элементов питания.

Наш аккумулятор состоит из одного нанопровода-анода из оксида олова 100 нанометров в диаметре и 10 микрометров длиной, катода из литий оксид кобальта в три миллиметра длиной и электролита. Устройство дает возможность непосредственно наблюдать изменения атомной структуры аккумулятора во время зарядки и разрядки, - говорит автор исследования Джайнуй Хуанг (Jianyu Huang).

Ученые уже обнаружили, что длина нанопровода-анода из оксида олова во время зарядки увеличивается почти в два раза, что гораздо больше, чем увеличение диаметра. Это наблюдение может помочь избежать короткого замыкания, которое снижает срок службы батареи. "Производители убеждены, что электроды увеличиваются в диаметре, а не в длине и, соответственно, делают ошибки при разработке батарей", - добавляет Джайнуй Хуанг.