Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Схема литий-ионной нанобатарейки.
Эволюция формы нанопровода SnO2 при внедрении ионов лития.
Изображение ПЭМ фронта реакции (А) и соответствующие картины электронной дифракции (B-E). Видно, что сначала нанопровод был кристаллический SnO2 (B - точки), а потом стал аморфным с кристаллическими включениями Sn (E - широкие кольца и бледные точки).
Наночастица олова в аморфной матрице (F).

Подробности внедрения ионов лития в нанопровод из диоксида олова

Ключевые слова:  литий-ионные батареи, нанопровод

Опубликовал(а):  Трусов Л. А.

13 декабря 2010

Постоянные читатели Нанометра знают, что одним из неприятных эффектов, ограничивающих производительность и срок службы литий-ионных батарей, является разрушение электродов при внедрении и экстракции ионов лития. Неоднократно было показано, что наностержни и нанопроволоки наиболее эффективно переносят механические напряжения, возникающие при циклировании, и поэтому перспективны для использования в качестве материалов электродов. Исследователи из США и Китая пролили свет на процессы, протекающие при внедрении ионов лития в нанопровод SnO2.

Учёные изготовили наноразмерную электрохимическую ячейку, состоящую из нанопроводка SnO2 в качестве анода, катода из LiCoO2 и электролита на основе ионной жидкости. Всё это они поместили в просвечивающий электронный микроскоп высокого разрешения и стали заряжать батарейку.

Изначально нанопровод SnO2 был монокристаллическим, прямым и гладким, но в процессе зарядки он стал утолщаться, удлиняться и, как следствие, изгибаться и скручиваться. Реакция имела ярко выраженный фронт, который распространялся вдоль нанопровода от места его контакта с электролитом. Зарядка провода длиной 16 мкм и диаметром 188 нм заняла около получаса. При этом нанопровод удлинился на 60% и растолстел на 45%. В итоге его объём увеличился на 240%. Как мы видим, нанопровод SnO2 не растрескался и не развалился из-за напряжений в реакционном фронте, хотя в объемном виде диоксид олова довольно хрупок.

Детальное изучение фронта реакции показало наличие в нём большого числа подвижных дислокаций, что свидетельствует о существенных механических напряжениях вследствие структурного несоответствия насыщенной и ненасыщенной ионами лития фаз. После прохождения фронта нанопровод представляет собой композит из аморфной матрицы Li2O с наноразмерными кристаллическими включениями LixSn и Sn. Таким образом, можно предположить, что при зарядке на аноде протекают реакции:

4Li+ + SnO2 + 4e → 2Li2O + Sn

Sn + xLi+ + xe ↔ LixSn (0<x<4.4)

В свою очередь на катоде происходит окисление Co3+:

LiCoO2 → Li1–yCoO2 + yLi+ + ye.

Образование облака дислокаций в реакционном фронте имеет ряд последствий. Во-первых, ядра дислокация могут служить каналами для внедрения ионов лития, что улучшает кинетику процесса. Во-вторых, дислокации придают нанопроводу пластичность, что позволяет ему не разрушиться при больших внутренних напряжениях.

При разряде батарейки, как и ожидалось, диаметр нанопровода слегка уменьшился, а LixSn превратился в Sn. Аморфный Li2O не претерпел изменений, т.к. первая реакция на аноде необратима.

С подробностями работы можно ознакомиться в статье «In Situ Observation of the Electrochemical Lithiation of a Single SnO2 Nanowire Electrode». Также доступны замечательные видеоролики о непростой жизни нанопроволок SnO2 внутри литий-ионной нанобатарейки.


Источник: Science



Комментарии
Пастух Евфграфович, 13 декабря 2010 11:16 
Sweetmeatly

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

 

Праздничная нано-открытка-коллаж ко Дню Святого Патрика (Х)
Праздничная нано-открытка-коллаж ко Дню Святого Патрика (Х)

Научно-популярный лекторий РНФ на Международном молодежном научном форуме «Ломоносов-2019»
С 9 по 11 апреля российские ученые рассказывают о своих научных исследованиях, которые выполняются по грантам Российского научного фонда. Лекции проходят в рамках Лектория РНФ во время проведения Международного молодежного научного форума «Ломоносов-2019».

Фестивали «От Винта!» и NAUKA 0+ представили инновационные проекты на выставке Hannover Messe 2019
Ганновер (Германия) 5 апреля 2019 года. – Объединённая экспозиция Фестиваля детского и молодежного научно-технического творчества “От Винта!” и Всероссийского фестиваля NAUKA 0+ была представлена на крупнейшей выставке промышленных технологий Hannover Messe 2019 в Германии в составе стенда Российской Федерации, организованного Российским экспортным центром при поддержке Министерства промышленности и торговли РФ.

Стань магистрантом в области светодиодных технологий без экзаменов
От бакалавриата к магистратуре без вступительных экзаменов уже сейчас? С портфолио возможно все! Участвуйте в конкурсе «Науке нужен ты!» и получайте бюджетный билет в первую в России магистерскую программу в области светодиодных технологий и оптоэлектроники Университета ИТМО!

Интервью с Константином Козловым - абсолютным победителем XIII Наноолимпиады
А.А.Семенова
Школьник 11 класса Константин Козлов (г. Москва) стал абсолютным победителем Олимпиады "Нанотехнологии - прорыв в будущее!" 2018/2019 по комплексу предметов "физика, химия, математика, биология". О своих впечатлениях, увлечениях и немного о планах на будущее Константин поделился с нами в интервью.

Микроэлементарно, Ватсон: как микроэлементы действуют на организм
Алексей Тиньков
Как на нас воздействуют кадмий, ртуть, цинк, медь и другие элементы таблицы Менделеева рассказал сотрудник кафедры медицинской элементологии РУДН Алексей Тиньков в интервью Indicator.Ru

Зимняя научная конференция студентов 4 курса ФНМ МГУ 22-23 января 2019 г.
Сафронова Т.В.
Настоящий сборник содержит тезисы докладов зимней научной студенческой конференции студентов 4-го курса ФНМ

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.