Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Изменение морфологии анодов с различной микроструктурой (пленка, микрочастицы, нанопровода) при внедрении лития. Внизу - основные преимущества нанопроводов.
Изменение емкости при циклировании (режим C/20) для Si нанопроводов (NW) и Si наночастиц (NC, 12 нм) по сравнению с теоретической емкостью графита.

Нанопроволочные аноды для Li-ионных батарей

Ключевые слова:  литий-ионные аккумуляторы, нанопровода, наноструктуры, периодика

Опубликовал(а):  Трусов Л. А.

09 января 2008

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.


Источник: ACS Publications, Nature



Комментарии
Лев, а тебе не кажется, что термин "пурга" для подобных статеек слишком мягок????
В статье ляп на ляпе и ляпом погоняет (я, ес-сно, имею ввиду не Лабораторию ядерных проблем ОИЯИ )...
Авторы сами признают (и по РФА видно), что кремний аморфизуется ПОЛНОСТЬЮ! "Нанопровода" при этом, ес-сно, разрушаются и это видно из фоток. Какое, к черту, "внедрение в структуру"???? Литий химически (согласно РФА, опять же) интенсивно взаимодействует с золотом... Кста, 4000 мАч на грамм ЧЕГО? Si? Si+FeSi2? Si+FeSi2+Fe+Au? Если "нанонить" образует плотный контакт с железной подложкой, то КАК она его сохраняет, расширяясь раза в полтора????
PS. Граждане высокоученые наноматериаловеды, объясните непонимающему химику, ОТКУДА у кремния такая емкость по литию? С т.з. структуры? Или там все-таки идет химическая реакция с образованием новой (с совершенно другой структурой) фазы? Тогда откель у такого электрода обратимость????
PPS. А кремний у граждан авторов попросту с железом не реагирует, переходя в FeSi2?
Шварев Алексей, 09 января 2008 20:31 
Тут еще одна странность есть. Ссылка 2 в первой статье (Journal of the Electrochemical Society 1981) относится к гальванической ячейке работающей при 410 градусах в РАСПЛАВЕ LiCl-KCl. Там кстати обсуждаются разные системы Li-Si. В обсуждаемой статье про температуру молчат - типа все было при комнатной в LiPF6.
Трусов Л. А., 09 января 2008 20:33 
наверное, обо всем этом можно узнать из курса олега брылева про батарейки
А Comments к статье в Nature слабо написать?
Жень, Натура нацелена в первую очередь на попсу. Может просто лучше не использовать ее как источник научной информации? А то так можно и из АиФ начать новости брать...
Да, 4200 мАч на грамм кремния - это более 4 атомов Li на один атом Si. Это реально? Куда они там деваются?
Трусов Л. А., 10 января 2008 20:12 
"Максимальная удельная емкость электродов из алюминия, олова и кремния при образовании Li9Al14, Li17Sn4 и Li22Si5 составляет, соответственно, 2235, 959 и 4211 мАч/г"

цитата из разработки к курсам
Лев, а я о чем? Образуются интерметаллические соединения... Кстати, в статье авторы (по РФА) видели интерметаллид с золотом, а не с кремнием. Кремний полностью аморфизовался с разрушением "нанонитей", плотное сцепление коих с подложжкой из приведенных данных и изначально не следует из представленных в статье данных, а после циклирование и просто ИМХО невероятно...
Реклама для развода инвесторов на бабки. Так же действовали ребята с литий-серными батареями. Проблема как раз в циклировании. 10-20 циклов - ерунда. В батарее анод и катод должны держаться более 300 циклов, причем не просто заряд/разряд в оптимальных условиях, а с выдержкой в полуразряженном состоянии и т.п.
Трусов Л. А., 14 января 2008 17:06 
ага, странно, что только 10.

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Кристаллическая бабочка
Кристаллическая бабочка

Все члены сборной России получили медали на 30-й Международной биологической олимпиаде для школьников
21 июля в Сегеде (Венгрия) подвели итоги 30-й Международной биологической олимпиады для школьников. Российская сборная на состязании завоевала три серебряные медали и одну бронзовую.

Шесть медалей завоевали российские школьники на 60-й Международной математической олимпиаде
Стали известны итоги 60-й Международной математической олимпиады для школьников, которая проходила в Бате (Великобритания). Российская сборная завоевала две золотые и четыре серебряные медали.

Участие НТ-МДТ Cпектрум Инструментс в международной конференции ACNS’2019
Участие НТ-МДТ Cпектрум Инструментс в международной конференции ACNS’2019. Тезисы доклада Быкова В.А.

3D нанотехнологии в физике, химии, биологии, медицине и инженерном искусстве
И.В.Яминский
Материалы лекции проф. МГУ, д.ф.-м.н., генерального директора Центра Перспективных технологий И.В.Яминского "3D нанотехнологии в физике, химии, биологии, медицине и инженерном искусстве". 3D принтер, сканирующий зондовый микроскоп и фрезерный станок. Что общего между ними? Как конструировать их своими руками? Небольшой экскурс в практические нанотехнологии. Поучительная история о создании сканирующего туннельного микроскопа. От идеи до нобелевской премии за 5 лет. Взгляд в микромир – от атомов и молекул до живых клеток. Как взвесить массу одного атома? Вирусы и бактерии – наши друзья или враги? Медицинские приложения нанотехнологий – нанобиосенсоры для обнаружения биологических агентов.

Материалы и пленочные структуры спинтроники и стрейнтроники
В.А.Кецко
Девятый Наноград, проходивший в Ханты - Мансийске, собрал талантливых школьников, интересных лекторов и преподавателей в области наноматериалов, нанотехнологий и технопредпринимательства. В сообщении даны материалы лекции д.х.н., в.н.с. ИОНХ РАН В.А.Кецко "Материалы и пленочные структуры спинтроники и стрейнтроники".

Лекции и семинары от ФНМ МГУ на Нанограде
Е.А.Гудилин
Девятый Наноград, проходивший в Ханты - Мансийске, собрал талантливых школьников, интересных лекторов и преподавателей в области наноматериалов, нанотехнологий и технопредпринимательства. Ниже даны материалы лекций и семинаров представителя ФНМ МГУ проф., д.х.н. Е.А.Гудилина.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.