Батареи могут стать больше и безопасней

В поиске более совершенных батарей для электрических автомобилей и хранения возобновимой, но прерывистой энергии солнца и ветра, ученые из Окриджской национальной лаборатории разработали первый высокоэффективный наноструктурный электролит для более энергоемких литий-ионных батарей.

Современные литий-ионные батареи основаны на жидком электролите — материале, который проводит ионы между отрицательно заряженным анодом и положительно заряженным катодом. Однако жидкие электролиты часто влекут за собой проблемы безопасности вследствие их воспламеняемости, тем более что исследователи пытаются втиснуть больше энергии в меньший объем. Создание батарей с твердым электролитом, как показали ученые, может преодолеть данные проблемы безопасности и ограничения размера.

«Чтобы сделать более безопасную, легковесную батарею, нам необходим проект, в первую очередь учитывающий безопасность», сказал Чэнду Лянг, который провел исследование, опубликованное в издании Journal of the American Chemical Society. „Мы начали с обычного материала, который весьма стабилен в системе батареи — в частности, совместим с литиевым металлическим анодом“.

Возможность использовать чистый литий в качестве анода может сделать батареи в 5-10 раз более мощными, чем текущие версии, в которых используются аноды на основе углерода.

„Циклическая работа высокореактивного лития в огнеопасных органических электролитах вызывает серьезные проблемы безопасности“, отметил Лянг. „Зато твердый электролит позволяет использовать литий с высокой степенью безопасности“.

Ученые разработали твердый электролит, используя материал под названием тиофосфат лития, который способен проводит ионы в 1000 раз быстрей, чем естественная форма. Исследователи применили химический процесс под названием наноструктурирование, который изменяет структуру кристаллов, составляющих материал.

„Подумайте об этом с точки зрение большого кварцевого кристалла против мельчайшей пляжной песчинки“, заметил соавтор Адам Рондинон. „Можно иметь тот же объем материала в целом, но разбитый на маленькие частицы, состыкованные вместе. Он сделан из тех же атомов в тех же примерно пропорциях, но структура в наномасштабе отличается. И этот твердый материал проводит ионы лития с более высокой скоростью, чем оригинальный большой кристалл“.

24.01.2013