Метод покрытия кремниевых наночастиц поможет создать более совершенные батареи

Новое исследование поможет ученым создать долговечные и более емкие литиевые перезаряжаемые батареи, которые обычно используются в бытовой электронике.

В исследовании, опубликованном в издании ACS Nano, исследователи показали, как покрытие, которое делает высокоемкие кремниевые электроды более долговечными, может привести к замещению менее емких графитовых электродов.

«Понимание того, как покрытие работает, указывает нам направление, в котором необходимо двигаться для преодоления проблем кремниевых электродов», сообщил материаловед Чон Мин Вон из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории.

Благодаря высокому потенциалу электрической емкости кремний является одним из наиболее популярных элементов в разработке литий-ионных батарей сегодня. Замена графитового электрода в перезаряжаемых литиевых батареях кремнием может десятикратно увеличить емкость, благодаря чему работать они будут намного больше, прежде чем выйдут из строя. Но здесь есть проблема: кремниевые электроды не слишком долговечны, и после нескольких дюжин перезарядок уже не могут проводить электричество.

Частично это происходит из-за того, как кремний притягивает литий — подобно губке. Во время зарядки литий пропитывает кремниевый электрод и приводит к тому, что электрод раздувается втрое по сравнению с оригинальным размером. Возможно, из-за этого или по другой неизвестной причине кремний разрушается.

Исследователи использовали электроды, состоящие из крошечных кремниевых сфер около 150 нанометров шириной — в 1000 раз меньше человеческого волоса — чтобы преодолеть некоторые ограничения кремниевого электрода. Небольшой размер позволяет кремнию заряжаться быстро и полностью, что уже превосходит прежние кремниевые электроды, но лишь частично облегчает проблему растрескивания.

В прошлом году материаловед Чун Мей Бан и ее коллеги из Национальной лаборатории возобновимой энергии в Колорадо, и из Колорадского университета в Болдере выяснили, что кремниевые наночастицы можно покрыть каучукоподобным покрытием, сделанным из алюминиевого глицерина. Кремниевые наночастицы с покрытием обладают пятикратной долговечностью: частицы без покрытия разрушаются через 30 циклов, в то время как с покрытием — через 150.

Исследователи не знали, как именно это покрытие улучшило работу кремниевых наночастиц. Наночастицы естественным образом выращивают твердую оболочку оксида кремния на поверхности. Никто не знал, мешает ли слой оксида работе электрода, и если да, то как покрытие нейтрализует это влияние.

Чтобы лучше понять, как работает покрытие, Вон с коллегами, включая Бана, обратились к опыту и уникальному инструменту Лаборатории экологических молекулярных наук.

Группа Бана, которая разработала покрытие для кремниевых электродов под названием алюкон, получила изображения частиц с большим увеличением с помощью электронного микроскопа. Однако группа Вона имеет микроскоп, который позволяет рассмотреть частицы в процессе зарядки и разрядки. Янь Хе из Питтсбургского университета исследовал покрытые кремниевые наночастицы в действии.

Ученые обнаружили, что без алюконового покрытия оксидная оболочка предотвращает расширение кремния и ограничивает количество поглощаемого частицами лития во время заряда батареи. В то же время, они выяснили, что алюконовое покрытие смягчает частицы, что упрощает процесс расширения и сжатия с литием.

Изображения, полученные с помощью микроскопа, показали, что эластичный алюкон замещает твердый оксид. Это позволяет кремнию расширяться и сокращаться в ходе зарядки и разрядки без трещин и разломов.

«Мы поразились тому, что оксид был удален», сказал Вон. „Обычно сделать это сложно, и получается только с помощью кислоты. Однако наш метод молекулярного осаждения, с которым покрываются частицы, полностью изменяет защитный слой“.

Кроме того, частицы с оксидными оболочками во время зарядки сливаются вместе, увеличиваясь в размере и препятствуя проникновению лития в кремний. А эластичное покрытие разделяет частицы, позволяя им оптимально функционировать.

В будущем ученые намерены разработать более простой метод покрытия кремниевых наночастиц.

03.12.2014




Энергия



Дни дорогостоящих платиновых катализаторов сочтеныДни дорогостоящих платиновых катализаторов сочтен

Буквально на днях мы 

Содержание платины в катализаторе сократят в 4 раза без снижения эффективностиСодержание платины в катализаторе сократят в 4 ра...

Американские ученые нашли новый катализатор, к...

Проблема хранения энергии будет решенаПроблема хранения энергии будет решена

Инженеры из Массачусетского технологическ...

Светодиодные лампы будут излучать оптимальный белый цветСветодиодные лампы будут излучать оптимальный бел...

Физики из университета Толедо открыли пер...

Российские и египетские ученые предложили новый композит для солнечных электростанцийРоссийские и египетские ученые предложили новый к...

Современные солнечные электростанции становятс...

Железо сделает преобразование солнечной энергии дешевлеЖелезо сделает преобразование солнечной энергии д...

Ученым впервые удалось воспроизвести молекулу ...

Новый дизайн литиевой батарейки сделает ее мощнееНовый дизайн литиевой батарейки сделает ее мощнее

Профессор химической инженерии Линден Арчер из...

Как Китаю удалось активировать god modeКак Китаю удалось активировать god mode

Е=mc2. Энергия равна массе, умноженной на ...

Cоздан суперконденсатор, параметры которого соизмеримы с показателями литий-ионных батарейCоздан суперконденсатор, параметры которого соизм...

Рост мощностей устройств приводит к увели

В Индии создана ветровая электростанция для дома по цене айфонаВ Индии создана ветровая электростанция для дома ...

В деле обеспечения страны и населения эле...

Китайцы создали самую маленькую атомную электростанциюКитайцы создали самую маленькую атомную электрост...

Разработки китайского института по ядерны...

Солнцу и ветру братьяСолнцу и ветру братья

Ткани, способные генерировать электричество от...

На рынке появится безопасная батарея с недорогой начинкойНа рынке появится безопасная батарея с недорогой ...

Химики из университета Ватерлоо разработа...

Австралийские ученые разработали солнечные панели с рекордным КПДАвстралийские ученые разработали солнечные панели...

В Австралии обновили рекорд эффективности солн...

Нижегородские школьники рассказали, как экономить воду и электричествоНижегородские школьники рассказали, как экономить...

В Нижнем Новгороде подвели итоги детского конк

Сочетание разных материалов дает высокую конверсионную эффективностьСочетание разных материалов дает высокую конверси...

Подобно тому, как межрасовые браки являют...

Гибридный кристалл раздвигает границы эффективности светодиодных лампГибридный кристалл раздвигает границы эффективнос...

Исследователи совместили пару многообещающих м...

Sony готовит замену литий-ионным аккумуляторамSony готовит замену литий-ионным аккумуляторам

Энергопотребление современных мобильных устрой...

Разработана первая в мире прозрачная солнечная батареяРазработана первая в мире прозрачная солнечная ба...

Физики Лейпцигского университета разработали п...

Как обуздать напряжение в сетиКак обуздать напряжение в сети

Многие из нас, являясь активными потребит...

В сфере солнечных батарей грядет революцияВ сфере солнечных батарей грядет революция

Ученые из Федеральной политехнической шко...

Ученые приблизились к управляемому ядерному синтезуУченые приблизились к управляемому ядерному синте...

Международная группа ученых предприняла очеред...

Шведы научились делать оригами из конденсатораШведы научились делать оригами из конденсатора

Ученые из шведского университета органиче...

Ученые впервые сняли рябь двухмерных материалов с помощью сверхбыстрой камерыУченые впервые сняли рябь двухмерных материалов с...

Новое исследование, проведенное во главе ...

Передача заряда в гибридных кремниевых солнечных батареях удивила ученыхПередача заряда в гибридных кремниевых солнечных ...

Группа исследователей во главе с про...

Химики открыли ключевой компонент разрекламированных натрий-кислородных батарейХимики открыли ключевой компонент разрекламирован...

Химики из университета Ватерлоо обнаружил...

Стало известно, как из обычного получить ценный черный кремнийСтало известно, как из обычного получить ценный ч...

Ученые из университета Райса нашли способ...

Датский студент - на пути к прорыву в области хранения энергииДатский студент - на пути к прорыву в области хра...

Солнце — огромный источник энергии....

Поиск на сайте

Магазин

  
Kingston HyperX 3K 240GB (SH103S3/240G)8290.00 руб.

Знатоки клуба инноваций



ТОП - Новости мира, инновации

Спасти Тасманского ДьяволаСпасти Тасманского Дьявола
Мастерские инноваций открылись в Казани на три дняМастерские инноваций открылись в Казани на три дня
Наземные беспилотные роботы: будущее или настоящее?Наземные беспилотные роботы: будущее или настоящее?
Достаточно ли часа зарядки для нормального веса?Достаточно ли часа зарядки для нормального веса?
Незнание языков – не помеха для успехаНезнание языков – не помеха для успеха
Инвестиции в инновации: инертность преодоленаИнвестиции в инновации: инертность преодолена
Новости науки в массы следует нести в упрощенном форматеНовости науки в массы следует нести в упрощенном форма
В Татарстане на базе КФУ открылся инновационный центр Cisco. На очереди еще одинВ Татарстане на базе КФУ открылся инновационный центр
«Загадочный для многих медийщиков ресурс» снова в строю«Загадочный для многих медийщиков ресурс» снова в стро
Британский ученый выяснил, кому реже одобряют кредитБританский ученый выяснил, кому реже одобряют кредит
Исследована галактика с активным формирование звездИсследована галактика с активным формирование звезд
Классическая музыка полезна для новорожденныхКлассическая музыка полезна для новорожденных
Шизофреники непредсказуемы и способны на убийствоШизофреники непредсказуемы и способны на убийство
Щепотка калия позволит лучше сохранять водородЩепотка калия позволит лучше сохранять водород
Солнечная угроза наталкивает на мысли о переселении на МарсСолнечная угроза наталкивает на мысли о переселении на

Новости компаний, релизы

«Тез Тур» и его путевки«Тез Тур» и его путевки
Что собой представляет банковский вклад в России?Что собой представляет банковский вклад в России?
Как выбрать диван для гостиной: полезные советы от МобиликазаКак выбрать диван для гостиной: полезные советы от Моб
Четыре способа не выдохнуться при поиске работыЧетыре способа не выдохнуться при поиске работы
Как пополнить счет в Париматч Россия — основные моментыКак пополнить счет в Париматч Россия — основные момент