Иновативен дизайн на литиево-йонна батерия обещава по-дълъг пробег на електромобилите

Изследователи от Института за авангардни технологии (ATI) към Университета на Съри разработиха нов дизайн на батерия, който може значително да увеличи пробега на електрическите превозни средства и живота на преносимите електронни устройства. В проучване, публикувано в сп. ACS Applied Energy Materials, учените представят иновативен анод за литиево-йонна батерия, който осигурява едни от най-високите отчетени стойности за капацитет на съхранение на енергия при силициево-въглеродни нанотръбни системи, като същевременно запазва стабилност при стотици цикли на зареждане.
Литиево-йонните батерии захранват голяма част от съвременните технологии – от смартфони и носими устройства до електромобили. Графитът, най-често използваният материал за анод, е стабилен, но количеството енергия, което може да съхранява, е ограничено. Силицият, от друга страна, предлага много по-голям капацитет, но при зареждане се разширява, което води до напукване и деградация с времето.

Нова структура за по-висок капацитет и стабилност

За да преодолее този проблем, изследователският екип разработва нова вертикално интегрирана силициево-въглеродна нанотръбна структура (VISiCNT). При този дизайн гъсти “горички” от въглеродни нанотръби се отглеждат директно върху медно фолио и се покриват с тънък слой силиций, създавайки гъвкава и проводима структура, която може да поема разширението, като същевременно запазва ефективността.
Полученият анод може да съхранява много голямо количество енергия спрямо теглото си. При лабораторни тестове той достига над 3500 mAh/g – близо до теоретичния максимум за силиций и значително повече от графита (370 mAh/g), използван в днешните батерии. Освен това показва подобрена стабилност и експлоатационни характеристики при многократни цикли на зареждане.

По-лесно внедряване в индустриалното производство

“Има нарастващ натиск за иновации при батериите, тъй като много от съвременните технологии имат ограничения за количеството енергия, което могат да съхраняват. Нашият дизайн VISiCNT предлага практичен начин за използване на огромния капацитет на силиция, без да се жертва дългосрочната издръжливост”, казва д-р Мухамад Ахмад, научен сътрудник в ATI към Университета на Съри и водещ автор на изследването.

Ключово предимство на новия подход е, че въглеродните нанотръби се отглеждат директно върху мед – материалът, който вече се използва в предлаганите на пазара батерии, чрез мащабируем производствен процес. Това може да улесни интегрирането на технологията в съществуващите индустриални производствени линии.