Литий-ионные аккумуляторы становятся все более важными и широко распространенными в настоящее время, они стали ключевой областью для развития. Исследователи стремятся улучшить способность аккумуляторов накапливать энергию. В последние годы прилагаются все большие усилия для решения проблемы плотности энергии в литий-ионных батареях. Материал анода литий-ионной батареи тесно связан с плотностью энергии батареи, поэтому ученые исследовали все виды альтернативных материалов для батареи следующего поколения, и кремний рассматривается как одна из идеальных замен.

В ходе недавнего исследования ученые из Кореи предложили решение, позволяющее преодолеть ключевое препятствие на пути разработки использования кремния в качестве анода литий-ионной батареи для повышения ее плотности энергии. Статья опубликована в журнале Angewandte Chemie: International Edition.

Литий-ионные батареи теперь используют графит в качестве материала анода. Замена графита на кремний может накапливать в четыре раза больше ионов лития, что может привести к увеличению времени автономной работы, например, в телефонах, которые работают в течение нескольких дней, или в автомобилях, которые преодолевают сотни миль на каждой зарядке. Однако сообщается, что использование кремния в литий-ионной батарее может быть проблематичным. Емкость батареи будет быстро снижаться, поскольку аноды на основе кремния выделяют более 20% ионов лития во время начального цикла зарядки.

Чтобы решить эту проблему, «предварительная загрузка лития» является одним из методов, которые используются для устранения дефекта. Это относится к добавлению дополнительного лития для компенсации потерь во время цикла перед сборкой батареи.

Команда Корейского института науки и технологий (KIST) разработала новый метод предварительной загрузки лития. Ученые погрузили кремниевый анод в специальный раствор вместо добавления порошка лития. Погружение приводит к химической реакции, и электроны и ионы лития могут просачиваться внутрь электрода.

Согласно исследованиям, литий, потерянный анодом, составляет менее 1% во время начальной зарядки. Плотность энергии кремниевого анода в тестовой батарее на 25 процентов выше, чем у обычных графитовых анодных элементов, представленных на рынке.

«Эта технология может увеличить дальность действия электромобилей в среднем как минимум на 100 км (62 мили), и ее будет довольно легко реализовать для крупномасштабной обработки».

— От команды из Кореи

«Мы смогли резко повысить эффективность анода на кремниевой основе большой емкости с помощью простого метода контроля температуры раствора и времени реакции». «Поскольку эта технология легко применима к процессу «roll-to-roll», используемому на существующих предприятиях по производству аккумуляторов, наш метод может стать прорывом в применении кремниевых анодов для практических аккумуляторов».

— От доктора Мины Ли, руководителя исследовательской группы.

С развитием исследований аккумуляторов мы увидим неожиданные изменения в областях и приложениях, которые удивят всех. Повышение плотности энергии в батареях сделает накопление энергии более перспективным и изменит мир неожиданным образом в ближайшем будущем и за его пределами.