Нанотехнологии увеличат емкость литий-ионных батарей в 10 раз

Группа ученых из Стэнфордского университета (США) под руководством проф. Джи Куи (Yi Cui) опубликовала в журнале Nature Nanotechnology статью, где описан новый способ изготовления анодов для литий-ионных батарей. Литий-ионные батареи в настоящее время - наиболее широко используемый источник питания для бытовой электроники, мобильных устройств и ноутбуков.

Широкое распространение литий-ионных батарей началось в 90-х годах прошлого века после освоения их производства компанией Sony, хотя сами батареи были изобретены еще в 60-х годах в Bell Laboratories, где были разработаны графитовые аноды вместо ранее применяемых анодов из металлического лития.

Нынешний вариант литий-ионных батарей вместо анода из углерода предлагает использовать анод из кремниевых нанопроводников. Емкость обычных литий-ионных батарей определяется количеством ионов лития, накапливаемых материалом анода. Простая замена углерода на кремний не дает заметного выигрыша в емкости, к тому же у кремния есть ряд недостатков - при поглощении ионов лития (в ходе зарядки батареи) кремний заметно набухает, затем при отдаче ионов снова уменьшается в объеме, и этот циклический процесс приводит к быстрой деградации материала анода. Исследования кремния в качестве материала анода начались более 30 лет назад, но лишь сейчас благодаря развитию нанотехнологий удалось найти новый вариант использования кремния.

Анод, разработанный проф. Куи, представляет собой металлическую поверхность, к которой прикреплено множество нанопроводов из кремния - своеобразный лес, в котором каждое из "деревьев" имеет ствол диаметром в несколько нанометров. Благодаря такой структуре поверхности на ней удается осадить в несколько (до 10 раз) больше ионов лития, и, что самое важное, перенос ионов на катод не приводит к деградации материала, как в случае плоской поверхности.

На изобретение американских ученых подана патентная заявка, разработчики надеются на быстрое внедрение своих достижений, поскольку технологии с использованием кремния широко применяются в микроэлектронике. Уже сейчас очевидны многие перспективные применения. Даже то обстоятельство, что ноутбуки будут работать по 20 часов без перезарядки батареи, поражает воображение. Есть планы по использованию новых батарей и в системах преобразования солнечной энергии, а также в качестве аккумуляторов для электромобилей, сообщает пресс-релиз Стэнфордского университета.