«Кремниевые» аккумуляторы увеличат время работы устройств в 10 раз

Наверняка каждый из наших читателей подтвердит, что батарейка его мечты всё ещё где-то там — за горизонтом. Несмотря на колоссальные усилия разработчиков, характеристики аккумуляторов фактически остановили свой качественный рост. Между тем метаться от розетки к розетке приходится всё чаще и чаще. Выходом, хотя бы промежуточным, могут стать аккумуляторы с кремниевым анодом. В качестве электролита будет использоваться всё тот же старый добрый литиево-ионный наполнитель, но кремниевая основа перспективных анодов обещает лучше и полнее с ним взаимодействовать. В перспективе ёмкости аккумуляторов с кремниевыми анодами могут оказаться в 10 раз больше, чем у современных батарей.

Разработкой кремниевых анодов несколько лет в содружестве занимаются группа учёных из Университета Стэнфорда и группа из SLAC National Accelerator Laboratory. Свежая публикация на сайте SLAC даёт понять, что уже придуман и опробован способ получения устойчивых к разрушению кремниевых анодов. Дело в том, что в процессе заряда частицы кремния в составе анода увеличиваются в размерах до трёх раз. Это приводит к быстрому разрушению частиц на более мелкие части, что ухудшает параметры аккумуляторов. Также частицы анода от взаимодействия с электролитом покрываются тонкой плёнкой вещества, что также ухудшает их характеристики, поскольку проводимость в этом случае снижается. Ранее группа предложила создавать аноды в виде условного фрукта граната, в котором зёрна-частицы разделены оболочкой. Предложенная методика инкапсулирования частиц кремния как раз отвечает этой задумке.

Крупные частицы кремния — до трёх микрон — заключаются в оболочку из никеля. Затем на никеле, который выступает в роли катализатора, вокруг частицы выращивается графеновая оболочка. После этого следует процесс травления в кислоте, вымывающий никель. В результате на выходе мы имеем набор тесно связанных графеновых оболочек, внутри каждой из которых «болтается» частичка из кремния.

Графеновые оболочки отчасти гибкие, но не теряют основную форму, поэтому структура анода практически постоянная, хотя может немного «дышать». Частички кремния в процессе заряда раздуваются до определённого размера и в случае разрушения всё равно остаются внутри оболочки. Обволакивания их электролитом в данном случае не происходит. Иначе говоря, батарея с таким анодом может выдержать большее число циклов разряда и заряда.

Динамика поведения кремниевой частицы в оболочке под электронным микроскопом

Выше на изображении вы можете видеть поведение частички кремния в оболочке в процессе заряда. Пока это единичные вкрапления. На новом этапе разработчики собираются создать технологию, которая даст возможность выпускать кремний в оболочке в достаточном для производства анодов количестве.
Взято с 3dnews.ru