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

 

Дефекты решетки абрикосовских вихрей в периодическом потенциале пиннинга с беспорядком
Дефекты решетки абрикосовских вихрей в периодическом потенциале пиннинга с беспорядком

Разминочные викторины по предметам стартовали на Наноолимпиаде
ХIV Всероссийская олимпиада по нанотехнологиям началась. Мы открыли впервые за 13 лет отдельные тесты для школьников по основным предметным направлениям - химии, физике, математике, биологии. Это первые (новые) официальные конкурсы олимпиады, фактически, разминка, дальше будет больше и интереснее...

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»:Динамическое термоодеяло по мотивам кожи кальмара. Газоанализатор на висмутене. Фуллерены для Тиффани. Магнетизм доменной стенки в сегнетоэлектрике или магнитоэлектрическая “сказка наоборот”. 100-летний юбилей академика Исаака Марковича Халатникова. Нобелевская премия 2019.

"Новые нанотехнологии" для "Кванториума"
Новая образовательная программа по основам нанотехнологий разработана для детских технопарков «Кванториум»

Лекция про Дмитрия Ивановича и Наномир на Фестивале науки
Е.А.Гудилин и др., Фестиваль науки
В дни Фестиваля науки «NAUKA 0+» на Химическом факультете МГУ ведущие ученые познакомили слушателей с самыми современными достижениями химии. Ниже приводится небольшой фоторепортаж 1 дня и расписание лекций.

Как правильно заряжать аккумулятор?
Д. М. Иткис
Химик Даниил Иткис о том, как правильно заряжать аккумуляторы гаджетов и почему телефон выключается на холоде

Постлитийионные аккумуляторы
В. А. Кривченко
Физик Виктор Кривченко о перспективных видах аккумуляторов, фундаментальных проблемах в производстве литий-серных источников тока и преимуществах постлитийионных аккумуляторов

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

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!



 
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.