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

 

Единичные молекулы нафталина
Единичные молекулы нафталина

Наносистемы: физика, химия, математика (2024, Т. 15, № 1)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume15/15-1
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Наносистемы: физика, химия, математика (2023, Т. 14, № 5)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume14/14-5
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Наносистемы: физика, химия, математика (2023, Т. 14, № 4)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume14/14-4
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2023 году
коллектив авторов
30 мая - 01 июня пройдут защиты магистерских квалификационных работ выпускниками Факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова.

Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2022
Коллектив авторов
Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2022 содержат следующую информацию:
• Подготовка бакалавров на факультете наук о материалах МГУ
• Состав Государственной Экзаменационной Комиссии
• Расписание защит выпускных квалификационных работ бакалавров
• Аннотации квалификационных работ бакалавров

Эра технопредпринимательства

В эпоху коронавируса и борьбы с ним в существенной степени меняется парадигма выполнения творческих работ и ведения бизнеса, в той или иной мере касаясь привлечения новых типов дистанционного взаимодействия, использования виртуальной реальности и элементов искусственного интеллекта, продвинутого сетевого маркетинга, использования современных информационных технологий и инновационных подходов. В этих условиях важным является, насколько само общество готово к использованию этих новых технологий и как оно их воспринимает. Данной проблеме и посвящен этот небольшой опрос, мы будет рады, если Вы уделите ему пару минут и ответите на наши вопросы.

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

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.



 
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.