Исследователи из Массачусетского технологического института установили, что, вопреки расхожему мнению, катоды, изготовленные из беспорядочных литиевых компонентов, более эффективны, чем упорядоченные катоды. Литиевые батареи, с их исключительной способностью сохранять мощность на фиксированный вес, были основной целью исследования для продвижения их использования во всем, от портативной электроники до электрических автомобилей. И вот теперь ученые из Массачусетского технологического института и Брукхэйвенской национальной лаборатории обнаружили новое направление для такого рода исследований: использование беспорядочных материалов, которые в целом считались неподходящими для батарей. В перезаряжаемой литиевой батарее ионы лития, то есть атомы, утратившие электрон и потому несущие чистый заряд, выпускаются из катода батареи во время зарядки и возвращаются в катод с исчерпанием энергии. Эти повторные циклы заставляют электроды сжиматься и расширяться, что приводит к образованию трещин и снижению эффективности со временем. В современных литиевых батареях катоды обычно изготавливаются из аккуратного прозрачного материала, иногда со слоистой структурой. Когда проявляются небольшие отклонения в упорядоченной структуре, эффективность батареи падает, а потому беспорядочные материалы не рассматривались в поиске альтернатив. Однако выяснилось, что данная корреляция вовсе не универсальна: определенные виды беспорядка могут обеспечить существенное повышение эффективности катода, как выяснили ученые в ходе лабораторных экспериментов и компьютерного моделирования. Результаты опубликованы в издании Science. Профессор материаловедения Гербранд Цедер описал в статье материалы, которые могут выпускать и затем вновь поглощать ионы лития, как своего рода обратимая губка. В современных батареях катоды — слоистые материалы, сделанные из лития и оксидов переходных металлов. Беспорядочная структура обычно существенно ограничивает подвижность ионов лития, а ведь именно высокая подвижность ионов важна для эффективной перезаряжающейся батареи. Но оказалось, что существенный избыток лития в материале серьезно все меняет. В обычной упорядоченной структуре существует точный баланс между числом атомов лития и других металлов. «Но при избытке лития образуются новые каналы», отметил Цедер. Пока беспорядочный материал с излишком лития производит нерегулярные тропы, выяснилось, что эти тропы способны действовать как эффективные каналы для ионов лития. Однако такой материал предоставляет дополнительное преимущество: в то время как нерегулярные каналы обеспечивают подвижность лития, равную той, что наблюдается в слоистом материале, в беспорядочном материале ионы лития не деформируют слои. Новый материал, а именно оксид лития молибдена хрома в данном эксперименте, обладает весьма высокой размерной стабильностью, сообщил Цедер. У большинства других материалов для литиевых катодов движение ионов приводит к изменению формы. Сокращение и разбухание катодов — основная причина всех проблем, включая усталость материала, которая приводит к разрушению. И если в слоистых материалах изменение размера может составлять 5-10%, то в новом беспорядочном материале оно не превышает 0,1%, то есть фактически равно нулю. Цедер заявил, что открытие его группы открывает новые направления поиска еще более эффективных материалов с ранее упущенными возможностями. 09.01.2014 |
Энергия
EGU: В золоте дураков все-таки нашли ценный компонент | |
Не зря авиакомпании не разрешают сда... |
Инженеры создают более выгодную сеть для распределения солнечной энергии | |
Если вы являетесь Независимым системным о... |
NatComm: Машинное обучение поможет создать вертикально-осевые ветряные турбины | |
Исследователи EPFL использовали алгоритм генет... |
ChemM: Открыты новые материалы для безопасных и высокопроизводительных батарей | |
Полностью твердотельные литий-ионные батареи с... |
Chem: Имплантируемые батареи могут работать на собственном кислороде организма | |
Имплантируемые медицинские устройства &md... |
Новый реактор сэкономит миллионы при производстве пластиков и резины из газа | |
Новый способ получения важного ингредиента для... |
Рост эффективности бифункциональных катализаторов удешевит производства водорода | |
Ученые преодолели ограничения долговечности би... |
P2P обмен энергией между домохозяйствами снижает зависимость от поставщиков | |
Наши энергетические системы быстро изменяются.... |
Ученые исследуют поглощение и потерю водорода из катодов Li-Ion аккумуляторов | |
Литий-ионные аккумуляторы являются одной из&nb... |
Ученые впервые увидели, как молекулы воды ведут себя у металлического электрода | |
Совместная группа экспериментальных и выч... |
Созданы стратегии ограничения саморазряда суперконденсаторов на основе углерода | |
Эффективное хранение чистой энергии &mdas... |
Ученые предложили собирать воду из воздуха с помощью солнечной энергии | |
В настоящее время более 2,2 миллиарда человек ... |
EMD: Ученые изготовили эффективные органические катоды для цинк-ионных батарей | |
Цинк — дешевый, распространенный, э... |
ТПУ: Высокоэнтропийные сплавы позволят создать мембраны для очистки водорода | |
Ученые Томского политеха создали систему матем... |
Nature Physics: Открыта новая система управления хаотическим поведением света | |
Использование света и управление им ... |
Открыт потенциально более дешевый и холодный способ транспортировки водорода | |
В рамках усилий по отказу от ископае... |
Разработан новый метод создания стабильных и эффективных солнечных элементов | |
Солнечные материалы нового поколения дешевле и... |
Acta Astronautica: В открытом космосе можно построить солнечные фермы | |
Согласно результатам нового исследования, пров... |
Новый катализатор может обеспечить жидкое водородное топливо будущего | |
Исследователи из Лундского университета, ... |
Перовскитовые ячейки — новое решение для повышения эффективности солнечных панелей | |
Солнечные элементы на основе перовскита, ... |
Новая анионообменная мембрана станет ключевым компонентом топливных элементов | |
Анионообменные мембранные топливные элементы п... |
Применение шарового размола улучшит характеристики литий-ионных аккумуляторов | |
Более дешевые и эффективные литий-ионные ... |
Кремний может стать альтернативой графитовым анодам в литий-ионных аккумуляторах | |
В новаторском обзоре, опубликованном в жу... |
Joule: Ученые успешно испытали тандем перовскита и кремния в солнечных батареях | |
Несмотря на то, что традиционные сол... |
Ученые разработали электролизное устройство для превращения CO2 в пропан | |
В недавно опубликованной в журнале Nature... |
E&ES: Новый электролит предотвращает возгорание и тепловой выброс в аккумуляторах | |
Йонг-Джин Ким и Джайеон Бэк из&... |
Исследователи разработали метод охлаждения водородной плазмы в термоядерных реакторах | |
Возможно, люди никогда не смогут приручит... |
Ученые нашли способ очистки воды с помощью солнечной энергии | |
Использование электрохимии для разделения... |
Батареи на основе алюминия могут стать прорывом в развитии электромобилей | |
Хорошая батарея должна обладать двумя качества... |
Появилась теоретическая возможность отказа от лития в пользу натрия в батареях | |
Литий становится новым золотом: стремительное ... |