Новый тип литиевых батарей

Продолжая начатую тему в предыдущей статье об интенсивном развитии ВИЭ в энергетической отрасли, нельзя не коснуться  темы накопления и сохранения энергии. Понятно, что солнце светит только днем, а ветер дует, когда захочет. И на повестку дня выходит вопрос о сохранении выработанной энергии солнечными и ветровыми электростанциями.

Как известно, в качестве накопителей применяются современные литий-ионные аккумуляторы (АКБ). Однако, сегодняшние технологии изготовления АКБ отстают от необходимого спроса по наличию двух главных недостатков: ограниченная емкость и длительная зарядка. Необходимы новые технологии по изготовлению литиевых батарей.

Над разработкой таких технологий постоянно трудятся ученые всего мира. Одним из последних достижений по совершенствованию технологии изготовления накопителей энергии, явилось открытие ученых  Университета Райса (Техас, США), создавшие литий-металлический аккумулятор с емкостью, в 3 раза превышающей коммерческие АКБ. Это стало возможным благодаря решению проблемы с дендритами, кристаллическими структурами, образующимися в электролите, способными вызвать возгорание и даже взрыв.

Новый аккумулятор сохраняет литий в уникальном аноде, гибриде графена и углеродных нанотрубок. Впервые он был создан специалистами указанного научного учреждения в 2012 году и представляет из себя, трехмерную углеродную поверхность, на которой достаточно места для лития. Сам анод приближается к теоретическому максимуму хранения литий-металла, при этом противодействует образованию кристаллических дендритов и «мшистых» отложений.

Отметим, что дендриты не позволяют заменить литий-ионные батареи более эффективными литий-металлическими, которые работают дольше и заряжаются быстрее. Это отложения лития, которые врастают в электролит аккумулятора. Иногда они соединяют анод с катодом и создают короткое замыкание. Батарея может выйти из строя, загореться или даже взорваться.

 

На схеме показаны углеродные нанотрубки, ковалентно связанные с графеновым субстратом. Материал, созданный в Университете Райса, тестируется как анод для литиевых металлических батарей большой емкости.

Химики под руководством Джеймса Тура обнаружили, что когда заряжаются новые батареи, литий-металл равномерно покрывает высокопроводящий гибрид углерода, в котором нанотрубки ковалентно соединены с поверхностью графена. «Лес» из нанотрубок на аноде, благодаря своей низкой плотности и большой поверхности, позволяет частицам лития свободно проходить туда и обратно во время зарядки и разрядки. Литий распределяется равномерно и подавляет рост дендритов.

Хотя емкость батареи-прототипа ограничена катодом, анодный материал достигает емкости 3,351 миллиампер в час на грамм, что является почти теоретическим максимумом, утверждает Тур. Из-за низкой плотности поверхности из нанотрубок способность лития покрывать все вплоть до основания обеспечивает максимальное использование доступных объемов.

Емкость таких новых литиевых батарей может быть очень большой, и, что интересно, они позволяют осуществлять полный заряд всего за пять минут. В то время как зарядка обычных батарей занимает более двух часов », — говорит Джеймс Тур.

Для испытания анода ученые собрали полноценную батарею с серными катодами, которая сохранила 80% емкости после более 500 циклов зарядки/разрядки, что составляет приблизительно два года обычного использования телефона, рассказывает Тур. Проверки с помощью электронного микроскопа не обнаружили признаков дендритов на поверхности анода. Источник

*На фото "изображение записи"  снимок электронного микроскопа показывает углеродную нанотрубку, равномерно покрытую литиевым металлом. Тесты на аноде графеново-углеродной нанотрубки, созданные в Университете Райса, показывают, что он противостоит образованию литиевых дендритов, которые могут повредить батареи.

Спасибо за прочтение. laugh Если вам понравилось, пожалуйста, поделитесь с друзьями и в комментариях черкните пару слов своего мнения.

  • Анатолий Гоненко

    Это большой прорыв к эре электротранспорта.

    • Анатолий, вы правы!
      Актуальность перехода транспорта на электротягу подтверждают выводи международной экологической ассоциации. 2017 год явился самым большим по выбросам парниковых газов за последние 400 лет. А электромобилям и не только, нужны емкие и быстрозаряжаемые акумуляторы

  • Анатолий Гоненко

    Да, уже совсем скоро во многих странах Европы дизельные двигатели уйдут в прошлое.А потом и бензин с газом. В Украине это не так скоро будет. К нам пойдет поток запрещенных там дизелей , не только к нам . На все пространство СНГ , и в другие страны Африки, Азии и т.д.

    • Анатолий, вы относите Украину к развивающимся странам, а всесильные участники рынка всегда себе находят сбыт именно в таких странах. Тут действительно властвует закон джунглей. Но при крепком, сильном и дальновидном руководителе государства можно совладать с эти законом. И нам бы такого…