Atrasts veids, kā 10 reizes palielināt litija jonu akumulatoru jaudu
Visā pasaulē desmitiem pētījumu grupu meklē iespējas ievērojami palielināt litija jonu akumulatoru jaudu. Silīcija ievadīšana struktūrā tiek uzskatīta par daudzsološu virzienu, taču tā trauslums, uz tā balstīto savienojumu trauslums un citas problēmas to ilgu laiku neļāva.
Bet izskatās, ka Japānas zinātniekiem ir izdevies atrast silīcija problēmas risinājumu. Viņi nāca klajā ar jaunu anoda dizainu, kas izgatavots no nano izmēra silīcija lokiem, kas piešķir nepieciešamo izturību un izturību.
Mūsdienu litija jonu akumulatori un to trūkumi
Tātad, vispirms ir tikai daži vārdi par to, kā darbojas litija jonu akumulatori. Tātad, kā jūs zināt, akumulators sastāv no elektrodu pāra (katoda un anoda) un elektrolītiskā šķīduma. Tātad elektrolīta galvenais uzdevums ir litija jonu pārvietošana starp katodu un anodu, kas tikko izgatavots no grafīta.
Tātad, uzlādējot akumulatoru, litija joni pārvietojas pa katoda-šķīduma-anoda ceļu. Izlādes procesā jonu kustība notiek pretējā virzienā.
Šis dizains ir sevi pierādījis labi un ir strādājis vairāk nekā divpadsmit gadus. Bet visa šī atkļūdotā dizaina galvenais trūkums ir fakts, ka viena litija jonu uzglabāšanai grafīta anodā vienlaikus jāizmanto seši oglekļa atomi. Šī iemesla dēļ šīm baterijām ir zems enerģijas blīvums.
Silīcijs un tā pielietojums
Neskatoties uz to, ja mēs skatāmies uz tādu materiālu kā silīcijs, tad viens no tā atomiem spēj saistīties ar četriem litija joniem vienlaikus, kas dod gandrīz 10 reizes lielāku enerģijas blīvumu. Šķiet, ka viss ir kārtībā, taču zinātnieki joprojām nav spējuši stabilizēt silīciju.
Tā kā tas ir pakļauts ievērojamai paplašināšanai (līdz 400% no sākotnējā apjoma), kontrakcijas un akumulatora darbības laikā salūzt, tad visi šie deformācijas efekti iznīcināja silīcija anodus pietiekami ātri.
Pētnieku grupa no Okinavas Tehnoloģiju un tehnoloģiju institūta (OSIT) piedāvāja savu risinājumu silīcija anoda stabilizācijas problēmai. Inženieri veica virkni eksperimentu ar dažāda biezuma silīcija slāņiem, meklējot zelta vidusceļu, kurā tiks izpildīti augsta enerģijas blīvuma un akumulatora stabilitātes nosacījumi.
Zinātnieki ir atklājuši, ka, palielinoties silīcija slānim, vispirms palielinās stīvums, un pēc noteiktā laika tas strauji samazinās. Tika nolemts sīkāk izpētīt šīs pārejas iemeslu, un to zinātnieki ir spējuši noskaidrot.
Izrādījās, ka tad, kad silīcijs tiek nogulsnēts uz metāla nanodaļiņām, sāk veidoties sīkas kolonnas apgrieztu konusu formā, sabiezējot uz augšu.
Izrādās, ka, nogulsnējot arvien vairāk silīcija atomu un attiecīgi palielinoties pīlāriem, tie kļūst tik plati, ka pieskaras viens otram un tādējādi veido izliektu nanometra struktūru mērogs.
Šāda struktūra ir diezgan spēcīga, un cilvēki to pat izmanto būvniecībā. Un izrādās, ka pirms šo nano arku veidošanās struktūra ir diezgan vāja, un to vēl lielāka izaugsme rada sūkļainu struktūru ar caurumiem, kas nav tik efektīva.
Un tikai šādu arku veidošanās brīdī tiek izveidots līdzsvars, kas ļauj nodrošināt palielinātu uzlādes jaudu un spēj izturēt lielu skaitu uzlādes / izlādes ciklu.
Pagaidām nav zināms, kad pārdošanā nonāks jaunās litija jonu baterijas ar silīcija anodu, taču faktu, ka šis virziens ir daudzsološs, var atzīt jau šajā posmā.
Vai jums patika materiāls? Tad ielieciet pirkstu un abonējiet kanālu. Paldies par jūsu uzmanību!