Данная новость переполошила даже телевизионные СМИ. В самый канун Нового Года на ФНМ МГУ и в Институте Физической Химии и Электрохимии состоялись съемки короткого новостного репортажа на тему, которая рассматривается ниже. Сам репортаж вышел в свет на НТВ 30 декабря 2007 г.
Во время работы литий-ионных аккумуляторов происходят обратимые процессы внедрения и экстракции ионов лития в материалы отрицательного электрода (анода) и положительного электрода (катода). Основной проблемой многих анодных материалов является значительное изменение объема, которое приводит к возникновению механических напряжений и разрушению источника тока.
В настоящее время в анодах литий-ионных батарей широко используется графит, т.к. он имеет слоистую структуру и при интеркаляции лития увеличивает свой объем менее чем на 12%. Ряд материалов обладает большими значениями теоретической емкости; в частности, для кремния она составляет 4200 мАч/г против 370 мАч/г для графита. Однако объем кремния при внедрении ионов лития в структуру изменяется на 400%.
Исследователи из Стэнфордского университета (США) изготовили анод из кремниевых нанопроводов, выращенных на стальной подложке по стандартной ПЖК-методике с использованием золота в качестве катализатора.
Такая морфология анода имеет ряд преимуществ. Во-первых, она способствует эффективной релаксации механических напряжений, возникающих при внедрении лития. Во-вторых, каждый нанопровод соединен с токоприемником (стальная подложка) и вносит вклад в емкость. В-третьих, одномерные структуры обеспечивают направленный транспорт носителей заряда.
Емкость анода из кремниевых нанопроводов при первой зарядке составила 4277 мАч/г, т.е. была равной теоретической. Со второго цикла емкость упала на 15% и практически не изменялась в течение последующих 10 циклов. Таким образом, емкость полученного материала в 10 раз превосходит теоретическую емкость графита.
Исследование микроструктуры показало, что при внедрении лития средний диаметр нанопроводов увеличивается с 90 нм до 140 нм, но при этом провода не разрушаются и не теряют контакта с подложкой. Также увеличивается и длина нанопроводов.
Работа «High-performance lithium battery anodes using silicon nanowires» была опубликована в Nature Nanotechnology.
Аналогичный анод был изготовлен и из германиевых нанопроводов. Теоретическая емкость для германия составляет 1600 мАч/г при изменении объема на 370%. Германий интересен прежде всего тем, что по скорости диффузии лития он значительно превосходит кремний, поэтому аноды на его основе могут найти применение в батареях высокой мощности. Были достигнуты значения емкости в 1141 мАч/г, которая оставалась стабильной в течение 20 циклов.
Работа «High Capacity Li Ion Battery Anodes Using Ge Nanowires» была опубликована в Nano Letters.
Кстати, много интересного о литий-ионных источниках тока можно узнать из интернет-курса "Наноматериалы в современных химических источниках тока", который читается на нашем сайте.
)...
