Электрод с наночастицами кремния, сгруппированными подобно семенам граната в жесткой углеродной коре, решает ряд проблем, которые препятствуют использованию кремния в литий-ионных батареях нового поколения. Об этом сообщили изобретатели новой структуры из Стэнфордского университета и Национальной лаборатории акселератора при Министерстве энергетики. «Хотя остаются другие проблемы, новый проект приближает нас к использованию кремниевых анодов в меньших, более легких и мощных батареях для таких устройств как мобильные телефоны, планшеты и электрические автомобили», сообщил доцент И Чуи, возглавивший исследование. Результаты опубликованы в издании Nature Nanotechnology. «Эксперименты показали, что новый анод, проект которого воссоздан по образу граната, работает с 97%-ной эффективностью даже спустя 1000 циклов зарядки и разрядки, что лежит в диапазоне, удачном для коммерциализации технологии», отметил ученый. Анод — это отрицательный электрод, в котором энергия сохраняется, когда батарея заряжается. Кремниевые аноды способны хранить в 10 раз больший объем заряда, нежели современные графитовые. Однако есть у кремния и недостаток: он слишком ломок, легко раздувается и крошится в процессе зарядки, а также вступает в реакцию с электролитом, формируя примесь, которая покрывает анод и сокращает эффективность работы. В течение последних 8 лет группа под руководством Чиу работала над проблемой поломки анода с использованием кремниевых наночастиц или нанопроводов, которые и так слишком малы, чтобы разрушаться на более мелкие компоненты. Наночастицы упаковывались в некое подобие «яичного желтка», то есть в формирование, в котором они могли свободно раздуваться и сокращаться во время зарядки. В новом исследовании аспирант Нянь Лю и постдок Чжень Да Лю применили микроэмульсионную технологию, традиционно используемую в нефтяной, лакокрасочной и косметической промышленности, чтобы собрать кремниевые частицы в желтках в кластеры, и покрыли каждый такой кластер вторым, более толстым слоем углерода. Эти углеродные корки скрепили кластеры и обеспечили путь для электрического тока. Поскольку каждый кластер соприкасается с электролитом лишь одной десятой частью поверхности, то и примеси формируется меньше в 10 раз. Хотя кластеры слишком малы, чтобы их можно было разглядеть по отдельности, вместе они составляют заметный черный порошок, который можно использовать для покрытия фольги и создания анода. Лабораторные испытания показали, что «гранатовый» анод с толщиной, необходимой для коммерческого применения, работает хорошо. Теперь ученым предстоит решить еще два проблемы для того, чтобы технологию можно было коммерциализировать: необходимо упростить процесс и найти более дешевый источник кремниевых наночастиц. Один из потенциальных источников — рисовая шелуха, которая непригодна в пищу, производится миллионами тонн, и содержит дикосид кремния в объеме до 20% веса. По словам Лю, получить из рисовой шелухи наночастицы кремния достаточно легко. Процесс описан в издании Scientific Reports. 17.02.2014 |
Нано
Прорыв в нанотехнологиях поможет создать дисплей, дающий цвет в реальном времени | |
Разработана революционная технология, позволяю... |
Наноразмерное покрытие ускоряет работу катализаторов на основе наночастиц золота | |
Исследователи из Токийского столичного ун... |
ASC Nano: Ученые придумали, как свернуть нанолист в рулончик | |
Исследователи из Токийского столичного ун... |
Nature Materials: Новаторские нанополости раздвигают горизонты в удержании света | |
Команда европейских и израильских физиков... |
Nature: В нанотрубках обнаружена сверхэластичность, вызванная окислением | |
Окисление может ухудшить свойства и функц... |
Nano Letters: Вибрирующие нанопузырьки помогут усовершенствовать очистку воды | |
Новое исследование физики вибрирующих нанопузы... |
Nature Nanotechnology: Замена асбеста в строительстве оказалась не менее опасной | |
Патогенный потенциал вдыхания инертных волокни... |
Nano Letters: Уязвимость ГЭБ у пациентов с Альцгеймером используют для лечения | |
Нейродегенеративными заболеваниями, такими как... |
Nature Nanotechnology: Созданы новые пикопружины для биомедицинских нужд | |
Исследователи из Хемница, Дрездена и ... |
Electrochemistry Communications: Из нанопагод ZnO разработан фотоэлектрод | |
Исследовательская группа, состоящая из со... |
LS&A: Исследователи усилили передачу сигнала в перовскитовых нанолистах | |
Перовскитовые материалы по-прежнему вызывают б... |
Nano Today: Революционные нанодроны делают возможным таргетное лечение рака | |
Новаторское исследование, проведенное под ... |
Создан нанокатализатор для преодоления ограничений технологии электролиза воды | |
Зеленый водород можно получить с помощью ... |
Nature Communications: В модельном организме ученые нашли наноструктуры | |
У всех представителей животного царства есть ж... |
PNAS: Ученые применили нанотехнологии для понимания поведения опухолей | |
Исследование, проведенное докторантом Пабло С.... |
Small: Форма пропеллера поможет обуздать движение наночастиц | |
Самодвижущиеся наночастицы потенциально могут ... |
Создан наноматериал, безопасно удаляющий прекурсоры мелкодисперсной пыли | |
За последнее десятилетие состояние мелкодиспер... |
Science Advances: Нанопластики способствуют развитию болезни Паркинсона | |
Нанопластики взаимодействуют с особым бел... |
Nature Materials: Из наночастиц и ДНК ученые собрали квазикристалл | |
Наноинженеры создали квазикристалл &mdash... |
Наночастицы Plug and play могут упростить борьбу с разными биологическими целями | |
Инженеры Калифорнийского университета в С... |
Physical Review Fluids: Волновую механику применили в нанометровом масштабе | |
Исследователи показали, что принципы рабо... |
Из нанотрубок убрали углерод, и их стало намного больше | |
Исследователи из Tokyo Metropolitan Unive... |
Cочетание 2d материалов приводит к созданию структур с удивительными свойствами | |
Создание новых материалов путем комбинирования... |
Исследователи создали нанопленку, укрощающую огонь | |
Высокотемпературное пламя используется для&nbs... |
Квантовые стержни открывают трехмерную глубину изображений виртуальной реальности | |
Телевизоры с плоским экраном, в кото... |
Физики представили новую технологию изготовления графеновых устройств | |
Думаете, что знаете о материале все?... |
Ученые разработали нанотатуировки для наблюдения за клетками | |
Инженеры разработали наноразмерные татуировки&... |
Ученые обнаружили нанороботов в живой ткани | |
Самое удивительное, что они там, каж... |
Разработан простой и эффективный способ контроля структур методом двухфотонной литографии | |
Новый способ контроля наноразмерного производс... |
Держать удар: ученые улучшили нанопену для защитного спортивного снаряжения | |
Открытие того факта, что футболисты, полу... |