![]() |
Батареи стали неотъемлемым компонентом современных технологий. Литий-ионные батареи, или ЛИБ, можно встретить практически повсюду — от портативных электронных устройств и электромобилей до крупных блоков питания, используемых в системах генерации возобновляемой энергии. Однако существующие конструкции ЛИБ страдают от ряда недостатков, включая низкую долговечность и использование токсичных жидких электролитов. Чтобы устранить эти недостатки, ученые уже более десяти лет изучают полностью твердотельные батареи. Хотя теоретически полностью твердотельные батареи на основе кремния должны быть более долговечными, чем обычные ЛИБ, пока это еще не стало реальностью. Когда цельнолитая батарея на основе кремния проходит циклы заряда/разряда, отрицательный электрод из Si неоднократно расширяется и сжимается. Это создает значительное механическое напряжение на границе раздела между электродом и жестким твердым электролитом, что в конечном итоге приводит к растрескиванию, отслоению и необратимому снижению производительности. На этом фоне исследовательская группа под руководством профессора Такаюки Дои из Университета Дошиша (Япония) изучила перспективное решение для полностью твердотельных батарей. Как объясняется в их последней работе, которая опубликована в журнале ACS Applied Materials & Interfaces, исследователи изучали, может ли добавление пор в электрод из оксида кремния (SiOx) предотвратить проблемы растрескивания и отслаивания, вызванные расширением и сжатием, наблюдаемыми в электродах из Si. Соавторами исследования выступили доктор Кохей Марумото из Университета Дошиша (Япония) и доктор Киётака Накано из Hitachi High-Tech Corporation (Япония). Для проверки своей гипотезы исследователи синтезировали пористые электроды SiOx методом радиочастотного напыления и использовали их для изготовления различных полностью твердотельных элементов, используя Li-La-Zr-Ta-O (LLZTO) в качестве твердого электролита. Они детально проанализировали полученные поровые структуры с помощью современных методов сканирующей электронной микроскопии и исследовали их корреляцию с общей производительностью ячеек после многократных циклов заряда/разряда. Интересно, что высокопористые электроды SiOx показали гораздо лучшие результаты при циклировании по сравнению с непористыми SiOx, которые страдали от сильного падения емкости после циклирования. Микроскопические наблюдения четко объяснили, что происходит на нанометровом уровне.
Одним из существенных ограничений для использования Si и SiOx электродов в твердотельных батареях является то, что их толщина должна быть очень мала (менее микрометра), чтобы предотвратить растрескивание и отшелушивание. Однако после добавления пор в SiOx удалось добиться стабильных циклов заряда-разряда даже в пленках SiOx толщиной 5 мкм. Это означает значительное увеличение эффективности использования пространства, поскольку на единицу объема можно запасти больше энергии.
В совокупности результаты этого исследования проливают свет на то, как пористые структуры могут быть использованы для раскрытия истинного потенциала полностью твердотельных батарей. Такие энергоаккумуляторы будут играть решающую роль на пути к устойчивому развитию общества, учитывая их перспективное применение в бытовой и промышленной энергетике. Кроме того, благодаря повышенному уровню безопасности и более длительному сроку службы, полностью твердотельные батареи могут сделать электромобили гораздо более привлекательным вариантом для потребителей.
Потребуются дальнейшие исследования для полной оптимизации пористой структуры твердых электролитов SiOx, чтобы достичь максимальной производительности в полностью твердотельных батареях. Если повезет, будущие разработки в этой захватывающей области приведут к столь необходимому прорыву в области хранения энергии. Ранее ученые просветили работающие батареи рентгеном и наблюдали, как там у них внутри все происходит. 14.12.2024 |
Энергия
![]() | |
От лаборатории к реальности: как кристаллы времени заряжают мир | |
Мир хранения энергии меняется благодаря кванто... |
![]() | |
Китай впереди, а мир догоняет: битва за переработку аккумуляторов начинается | |
Компания Cirba Solutions активно развивает отр... |
![]() | |
Квантовый секрет растений: как природа превращает свет в энергию | |
Превращение солнечной энергии в химическу... |
![]() | |
Аккумуляторная революция: Франция строит завод мечты для электрокаров | |
Европейская комиссия дала зеленый свет огромно... |
![]() | |
Энергия атома для производства водорода: перспективы развития технологии | |
Доктор Уильям Бодель из Далтонского ядерн... |
![]() | |
Реактивное топливо на основе лигнина совершает прорыв в хранении водорода | |
Инновационный прорыв в технологии хранени... |
![]() | |
Определена роль термоядерной энергетики в обеспечении экологической безопасности | |
Карл Тишлер из европейского консорциума п... |
![]() | |
1066 секунд: Китай приблизился к созданию неисчерпаемого источника энергии | |
Стремление Китая использовать энергию звезд до... |
![]() | |
Министерство энергетики США инвестирует в технологии декарбонизации | |
Министерство энергетики США уделяет приор... |
![]() | |
Термоядерный прорыв: SMART добыл первую плазму | |
Токамак SMART успешно произвел первую плазму, ... |
![]() | |
В ТПУ добавили отходы в пеллеты и снизили выбросы CO2 на 20% | |
Ученые Томского политехнического университета ... |
![]() | |
Тепло шахтных вод: Великобритания приближается к чистой энергии | |
Живая лаборатория по использованию тепла ... |
![]() | |
В США запустят строительство заводов по производству водородного топлива | |
Министерство энергетики США, DOE, сделало важн... |
![]() | |
США инвестируют 101 млн долларов в испытания контроля выбросов углекислого газа | |
Министерство энергетики США, DOE, объявило о&n... |
![]() | |
Термоядерный синтез: как ученые пытаются приручить энергию Солнца | |
Стремление к получению чистой, устойчивой... |
![]() | |
JEST: Ученые разрабатывают литий-ионную батарею с повышенными характеристиками | |
Технологический прогресс привел к широком... |
![]() | |
Открытие делает органические солнечные элементы более эффективными и стабильными | |
Исследователи из Университета Åbo A... |
![]() | |
JES: Разработан революционный материал для литий-ионных батарей | |
Глобальная гонка за увеличение срока служ... |
![]() | |
AppEn: ИИ проворнее человека находит причины неисправностей топливных элементов | |
Исследовательская группа доктора Чи-Юнг Юнга и... |
![]() | |
Эффективны ли солнечные панели при непрямом солнечном свете? Ученые говорят — да | |
Когда люди думают о солнечной энергии, он... |
![]() | |
Застройщики жилья используют инновации для экономии на коммунальных платежах | |
По мере того как экологичная жизнь превра... |
![]() | |
Криптографический протокол обеспечит безопасный обмен данными в ветроэнергетике | |
Плавучая ветроэнергетика обладает огромным пот... |
![]() | |
Предложен новый способ получения водорода из воды с помощью солнечной энергии | |
Специалисты в области нанохимии добились ... |
![]() | |
AM&I: Пористые электроды из оксида кремния — прорыв в хранении энергии | |
Батареи стали неотъемлемым компонентом совреме... |
![]() | |
AC: Разработаны безопасные и стабильные батареи на основе цинка | |
Перезаряжаемые литий-ионные батареи питают все... |
![]() | |
Появилась концепция устойчивых полимерных электролитов для топливных элементов | |
Исследовательская группа под руководством... |
![]() | |
В МИСИС разработали термоэлектрик для зеленой энергетики | |
Новый метод производства материалов, которые м... |
![]() | |
Energy: Появилось инновационное решение для получения солнечной энергии с небес | |
Некоторые места не слишком благоприятны д... |
![]() | |
PhysRevLett: Найден способ улучшить аккумуляторы с помощью квантовой механики | |
В последние годы ученые работают над новы... |
![]() | |
NF: Выравнивание спина для термоядерного топлива удешевит ядерную энергию | |
Новое исследование предлагает способ, как ... |