Екип от изследователи от Юлих, Мюнхен и Прага успя да произведе композитен материал, който е особено подходящ за електроди в литиеви батерии. Нанокомпозитният материал може да помогне за значително увеличаване на капацитета за съхранение и удължаване живота на батериите, както и да увеличи скоростта на зареждането им.
Литиево-йонните батерии са навсякъде, когато става дума за енергия за мобилни телефони, таблети, електрически автомобили. Техният капацитет за съхранение и енергийната им плътност надминават другите акумулаторни системи. Независимо от развитието на технологията обаче батериите за смартфони издържат кратко, а зареждането им е продължително. Затова учените работят по начини за подобряване на енергийната плътност и скоростта на зареждане на всички видове батерии.
“Важен фактор е материалът на анода”, обяснява Дина Фаттахова-Ролфинг от Института по енергийни и климатични изследвания (ИЕК-1). “По принцип анодите на базата на калаен двуокис могат да съхраняват повече енергия от въглеродните аноди, които се използват понастоящем.”. Чистият калаен двуокис обаче не е стабилен. Затова обемът на анода се променя при всеки цикъл на зареждане и разреждане, което води до разпадането му.
Един от начините за справяне с този проблем са т. нар. нанокомпозити – композитни материали, които съдържат наночастици. Учените са разработили материал, съдържащ наночастици от калаен оксид, обогатени с антимон, върху основен слой от графен. Графеновата основа подпомага структурната стабилност и проводимостта на материала. Частиците калаен оксид са с размер, по-малък от три нанометра – с други думи по-малко от три милионни от милиметъра – и се “отглеждат” директно върху графена. Обогатяването на наночастиците с антимон гарантира, че материалът е изключително проводим. Така анодът може да съхранява 1,5 пъти повече енергия за минута, отколкото би било възможно с конвенционалните графитни аноди.
“Подобни високи енергийни плътности преди се постигаха само с бавно зареждане”, казва още Фаттахова-Ролфинг. “По-бързите цикли на зареждане винаги водят до бързо деградиране на капацитета”. Анодите, покрити с антимон, обаче запазват 77% от първоначалния си капацитет дори след 1000 цикъла на зареждане и разреждане. Нанокомпозитните аноди могат да се произвеждат по лесен и рентабилен начин, а приложените концепции могат да се използват и за проектирането на други анодни материали за литиево-йонни батерии.