Новый гибридный материал улучшает характеристики кремния в литий-ионных аккумуляторах

 

Ученые Восточно-Финляндского университета разработали новый гибридный материал из мезопористых микрочастиц кремния и углеродных нанотрубок, который может улучшить характеристики кремния в литий-ионных батареях.
 
Кремний постепенно заменит углерод в аккумуляторах
Государства и компании во всем мире с нетерпением ждут новых и устойчивых технологий для достижения климатической нейтральности в каждом секторе общества, начиная от транспортировки и производства расходных материалов и заканчивая производством энергии. После производства «зеленой» энергии ее необходимо хранить, прежде чем ее можно будет использовать в портативных устройствах. На этом этапе аккумуляторные технологии играют важнейшую роль в превращении потребления «зеленой» энергии в жизнеспособную альтернативу.
Подписывайтесь на наш youtube канал!
В будущем кремний будет постепенно заменять углерод в качестве анодного материала в литий-ионных батареях (LIB). Такое развитие событий обусловлено тем, что емкость кремния в десять раз превышает емкость графита, который в настоящее время используется в качестве анодного материала в LIB. Использование кремния в аноде позволяет даже удвоить емкость всего аккумуляторного элемента. Тем не менее, кремний сталкивается с серьезными проблемами в технологии батарей из-за его нестабильных свойств материала. Кроме того, до сих пор не существует технологии, позволяющей производить аноды только из кремния.
Для минимизации влияния высоких скоростей зарядки на емкость кремниевых анодов исследователи Восточно-Финляндского университета разработали гибридный материал из микрочастиц мезопористого кремния (PSi) и углеродных нанотрубок (CNT). По мнению исследователей, гибридный материал должен быть реализован путем химического сопряжения PSi и CNTs с правильной полярностью, чтобы не препятствовать диффузии ионов лития в кремний.
Новый гибридный материал улучшает характеристики кремния в литий-ионных аккумуляторах
При правильном типе спряжения также была улучшена электропроводность и механическая прочность материала. Кроме того, микрочастицы PSi, используемые в гибридном материале, были получены из золы ячменной шелухи для минимизации углеродного следа анодного материала и поддержания его устойчивости. Кремний был получен в результате простого магнезиотермического процесса восстановления, применяемого к фитолитам, представляющим собой аморфные пористые структуры кремнезема, встречающиеся в изобилии в золе лузги. Полученные результаты были опубликованы в научных докладах и журналах «Химия и физика материалов».
 
Далее исследователи стремятся создать полный кремниевый анод с твердым электролитом для решения проблем, связанных с безопасностью LIB и нестабильной границей раздела твердых электролитов (SEI).
«Прогресс в исследованиях LIB очень захватывающий, и мы хотим внести свой вклад в эту область, используя наши ноу-хау, связанные с мезопористыми структурами кремния. Надеемся, что ЕС будет больше инвестировать в фундаментальные исследования батарей, чтобы проложить разработку высокоэффективных батарей и поддержать конкурентоспособность Европы в этой области». Дорожная карта «Батарея 2030+» будет иметь большое значение для поддержки этого прогресса», – говорит профессор Веса-Пекка Лехто из Университета Восточной Финляндии.

гибмат

 

Ученые Восточно-Финляндского университета разработали новый гибридный материал из мезопористых микрочастиц кремния и углеродных нанотрубок, который может улучшить характеристики кремния в литий-ионных батареях.

 

Государства и компании во всем мире с нетерпением ждут новых и устойчивых технологий для достижения климатической нейтральности в каждом секторе общества, начиная от транспортировки и производства расходных материалов и заканчивая производством энергии. После производства «зеленой» энергии ее необходимо хранить, прежде чем ее можно будет использовать в портативных устройствах. На этом этапе аккумуляторные технологии играют важнейшую роль в превращении потребления «зеленой» энергии в жизнеспособную альтернативу.

 

В будущем кремний будет постепенно заменять углерод в качестве анодного материала в литий-ионных батареях (LIB). Такое развитие событий обусловлено тем, что емкость кремния в десять раз превышает емкость графита, который в настоящее время используется в качестве анодного материала в LIB. Использование кремния в аноде позволяет даже удвоить емкость всего аккумуляторного элемента. Тем не менее, кремний сталкивается с серьезными проблемами в технологии батарей из-за его нестабильных свойств материала. Кроме того, до сих пор не существует технологии, позволяющей производить аноды только из кремния.

 

Для минимизации влияния высоких скоростей зарядки на емкость кремниевых анодов исследователи Восточно-Финляндского университета разработали гибридный материал из микрочастиц мезопористого кремния (PSi) и углеродных нанотрубок (CNT). По мнению исследователей, гибридный материал должен быть реализован путем химического сопряжения PSi и CNTs с правильной полярностью, чтобы не препятствовать диффузии ионов лития в кремний.

 

При правильном типе спряжения также была улучшена электропроводность и механическая прочность материала. Кроме того, микрочастицы PSi, используемые в гибридном материале, были получены из золы ячменной шелухи для минимизации углеродного следа анодного материала и поддержания его устойчивости. Кремний был получен в результате простого магнезиотермического процесса восстановления, применяемого к фитолитам, представляющим собой аморфные пористые структуры кремнезема, встречающиеся в изобилии в золе лузги. Полученные результаты были опубликованы в научных докладах и журналах «Химия и физика материалов».

 

Далее исследователи стремятся создать полный кремниевый анод с твердым электролитом для решения проблем, связанных с безопасностью LIB и нестабильной границей раздела твердых электролитов (SEI).

 

«Прогресс в исследованиях LIB очень захватывающий, и мы хотим внести свой вклад в эту область, используя наши ноу-хау, связанные с мезопористыми структурами кремния. Надеемся, что ЕС будет больше инвестировать в фундаментальные исследования батарей, чтобы проложить разработку высокоэффективных батарей и поддержать конкурентоспособность Европы в этой области». Дорожная карта «Батарея 2030+» будет иметь большое значение для поддержки этого прогресса», – говорит профессор Веса-Пекка Лехто из Университета Восточной Финляндии.

 

https://econet.ru/articles/novyy-gibridnyy-material-uluchshaet-harakteristiki-kremniya-v-litiy-ionnyh-akkumulyatorah

 


21.05.2020