Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рисунок 1. Структура литий-ионной батареи с GNS электродом.
Рисунок 2. а) Кривые разрядки для батареи с GNS электродом, углеродным электродом с платиновым катализатором и электродом из черного ацетилена. b) Зависимость емкости GNS от номера цикла. Кривые зарядки/разрядки для батареи с GNS (с) и отоженного GNS.
Рисунок 3. Рентгеновские фотоэлектронные спектры С1s (a) и O1s (b) для GNS и отоженного GNS.

Графеновые листы в литиевых батареях

Ключевые слова:  графен, литиевая батарея

Опубликовал(а):  Шуваев Сергей Викторович

22 апреля 2011

Несмотря на все усилия исследователей, плотность энергии в литийевых батареях все еще недостаточна для их практического применения в транспортных средствах, во многом из-за трудностей с подбором подходящего электролита. Продвинуться в решении существующих технологических трудностей попытался коллектив японских исследователей. Чего же удалось им добиться?

Основной новаторской идеей, реализованной авторами статьи, является не только выбор двухфазного электролита (водная и органическая фаза), разделенный слоем твердого электролита LISICON, предотвращающего смешение двух фаз, но и подходящий выбор материала электрода. В последнем случае выбор пал на графеновые нанолисты (GNS), которые до этого рассматривались исследователями исключительно как матрица для нанесения катализатора (рис.1). Подобная "смелость" объясняется не только высокой проводимостью и развитой поверхностью графеновых нанолистов, но также их структурой, которая изобилует разного рода дефектами (углеродные вакансии, пяти- и семичленные углеродные циклы), катализирующими восстановление кислорода. Доказательством высокой каталитической активности графеновых нанолистов могут служить кривые разрядки (рис.2), расположенные в непосредственной близости от таковых для углеродного электрода с платиновым катализатором.

Но не все так радужно! После нескольких циклов зарядки/разрядки напряжение зарядки довольно существенно увеличивается, и после 50 циклов достигает 0.4 В, что авторы статьи объясняют окислением GNS в процессе зарядки. Однако отжиг GNS позволил уменьшить падение напряжения до 0.16 В, что объясняется удалением кислородосордержащих функциональных групп (С-О, С=О, О-С=О), а также увеличением доли атомов углерода, находщихся в sp2-гибридизированном состоянии, о чем можно с уверенностью судить на основании рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (рис.3). Тем не менее установление более детального механизма столь значительного уменьшения падения напряжения зарядки - цель будущих научных исследований.


Источник: ACS Nano



Комментарии
Пастух Евфграфович, 25 апреля 2011 11:55 
И что бедные батареи одни остались между розетками через каждые 100 км? Дороги и сами могут вырабатывать подзарядный ток, надо только подумать над покрытием. Дороги, к тому же, никуда не денутся - основные трассы - уже почти вечные с точки зрения топологии. Сделаем покрытие ячеистым, доработаем шины. Даже дождик будет полезен. Догадываетесь о максимальной ширине ячеек, а о их форме на дороге - это же лежит "на поверхности"! (только не надо сразу же про лёд )
Попробуем в этом году или оставим будущим поколениям?
А на досуге посмотрим на рис. 1 еще раз и задумаемся о разнице между литий-ионными и литий-воздушными батареями.
Шуваев Сергей Викторович, 25 апреля 2011 19:33 
Олег Александрович,
когда делал подпись к рисунку, тоже задумался над этим. Просто я полагал, что литий-воздушные батареи являются частным случаем литий-ионных, однако был не уверен. Поэтому в заголовке решил написать просто "литиевые".
Сергей, это именно литий-воздушная батарея. И от литиевых, и от литий-ионных батарей в привычном смысле этих терминов она отличается довольно сильно. Лучше перечитать, как устроена каждая их них, а потом поправить текст.
Владимир Владимирович, 25 апреля 2011 21:16 
А Вы разъясните нам любезно в двух словах, Олег Александрович, суть поднимаемого Вами вопроса, чем критиковать многозначительно!
Суть вопроса в том, что не всякую батарею, в которой есть металлический литий, стоит называть литиевой. Точнее, назвать-то можно, а вот поймут, скорей всего, неправильно, поскольку термин "литиевые батареи" за последние 20 лет закрепился за вполне определенным их видом. Никакой многозначительности - все это неоднократно обсуждалось, да и литературы популярной много.
Шуваев Сергей Викторович, 25 апреля 2011 21:26 
Олег Александрович,
устройство обоих типов батарей (лучше, правда, аккумуляторов) я в общих чертах представляю. Проблема в терминологии. Почему литий-воздушную батарею нельзя назвать литий-ионной?
Владимир Владимирович, 25 апреля 2011 21:29 
Олег Александрович,
У меня точно такой же вопрос как выше у Сергея Викторовича.
Плюс просьба расказать какие батареи называют "литиевыми" (в контексте литий-воздушных и литий-ионных).
В отличие от "просто литиевых" батарей, которые бывают как однозарядными (primary lithium batteries), так и перезаряжаемыми (secondary lithium batteries), литий-ионной батареей сейчас привыкли называть такую разновидность аккумулятора, в которой катодом является (или называется) сложный литийсодержащий оксид, а анодом - графит или другое соединение, в которое литий способен легко интеркалироваться. Если мы посмотрим на схему литий-воздушной батареи на рис. 1, то ее устройство совсем другое, да и потенциалообразующие реакции - тоже.
Шуваев Сергей Викторович, 25 апреля 2011 21:48 
Спасибо! Теперь ситуация с терминологией прояснилась!
Еще вот здесь все очень доходчиво изложено: http://www.n...155668.html
Шуваев Сергей Викторович, 25 апреля 2011 21:57 
Это я уже читал! Просто все тонкости в терминологии было довольно трудно уяснить. Например, что литий-ионными принято называть лишь те батареи, у которых катод изготовлен из литийсодержащего оксида.
Владимир Владимирович, 25 апреля 2011 22:11 
Спасибо

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

 

Человеческий волос 2. Крашеный.
Человеческий волос 2. Крашеный.

Крабовый панцирь побеждает грязную нефть
Химики МГУ разработали уникальную люминесцентную методику определения маркеров «грязной нефти» (дибензотиофенов) с использованием селективной сорбции в оптически прозрачных материалах на основе сшитых гелей хитозана.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Броуновское движение скирмионов.Растягиваем графен правильно. Красное вино, кофе и чай помогают создавать материалы для гибкой носимой электроники. Металлическая природа кремния и углерода.

К 2023 году российские химики могут занять 4-е место в мире
Эксперты отметили рост числа научных публикаций отечественных ученых и сообщили, что к 2023 году российские химики могут занять 4-е место в мире по публикационной активности.
27 – 29 ноября в рамках юбилейных мероприятий Химического факультета МГУ и торжественной церемонии закрытия Международного года Периодической таблицы химических элементов эксперты подвели итоги 2019 г.

Константин Жижин, член-корреспондент РАН: «Бор безграничен»
Наталия Лескова
Беседа с К.Ю. Жижиным, заместителем директора Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова по научной работе, главным научным сотрудником лаборатории химии легких элементов и кластеров.

Мембраны правят миром
Коллектив авторов, Гудилин Е.А.
Ученые МГУ за счет детального изучения структурных и морфологических характеристик материалов на основе оксида графена и 2D-карбидов титана, а также моделирования их свойств, улучшили методы создания мембран для широкого круга практических применений.

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.

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.