Ученые улучшили литий-ионные батареи. Быстрая зарядка и высокая емкость

Быстрая зарядка литий-ионных батарей

Согласно исследованию Политехнического института Rensselaer, только что опубликованному в Nature Communications, возможно создание литий-ионных батарей, которые заряжаются за считанные минуты, но также обладают большой емкостью. Это открытие может повысить производительность аккумуляторов в целом ряде технологий, таких как электромобили или портативная электроника.

Литий-ионная батарея заряжается и разряжается, когда ионы лития перемещаются между двумя электродами, называемыми анодом и катодом. В традиционной литий-ионной батарее анод выполнен из графита, а катод состоит из оксида лития-кобальта.

Эти материалы хорошо сочетаются друг с другом, поэтому литий-ионные аккумуляторы становятся все более популярными, но исследователи из Rensselaer считают, что эта функция может быть улучшена в дальнейшем.

«Улучшение материалов, используемых для электродов, является одним из способов повышения характеристик батареи», — сказал Нихил Кораткар, профессор механики, аэрокосмической и ядерной инженерии в Rensselaer, и автор статьи.

Обширные исследования Кораткара в области нанотехнологий и хранения энергии сделали его одним из самых цитируемых исследователей в мире. В этой самой последней работе Кораткар и его команда улучшили производительность, заменив оксид кобальта дисульфидом ванадия (VS 2).

В последние годы росло волнение, связанное с потенциалом VS 2, но до сих пор, по словам Кораткара, исследователи сталкивались с проблемой его нестабильности, которая приводила к сокращению срока службы батареи. Исследователи Rensselaer не только установили причину такой нестабильности, но и разработали способ борьбы с ней.

Команда, в состав которой также входили Винсент Менье, глава Департамента физики, прикладной физики и астрономии, и другие, определили, что введение лития вызвало асимметрию в промежутке между атомами ванадия, известную как искажение Пайерлса, которое было причиной распада чешуек VS 2. Они обнаружили, что покрыв чешуйки нанослоем из дисульфида титана (TiS 2) — материала, который не искажает Пайерлса, они смогли добиться стабилизации чешуек VS 2 и улучшили их характеристики в батарее.

«Покрытие TiS 2 действует как буферный слой. Он удерживает материал VS 2, обеспечивая механическую поддержку», — сказал Кораткар.

Как только эта проблема была решена, команда обнаружила, что электроды VS 2 — TiS 2 могут работать с высокой удельной емкостью или сохранять большой заряд на единицу массы. Кораткар сказал, что небольшой размер и вес ванадия и серы позволяют им обеспечивать высокую емкость и плотность энергии. Их небольшой размер также способствовал бы компактности аккумулятора.

По словам Кораткара, когда зарядка выполнялась быстрее, емкость не падала так сильно, как это часто бывает у других типов электродов. Улучшенные электроды способны иметь приличную емкость, потому что, в отличие от оксида кобальта, материал VS 2 — TiS 2 является электропроводящим.

Кораткар видит множество применений для этого открытия, например, в улучшении автомобильных аккумуляторов, батарей для портативной электроники и хранения солнечной энергии, где важна высокая емкость, но также будет привлекательна повышенная скорость зарядки.

Ссылка на публикацию в Phys.org



Читайте также:
США в астрономии

США могут потерять лидерство в астрономии

До сих пор крупнейшие и мощнейшие телескопы мира стоят на территории США — Маунт Уилсон, Паломар, Китт-Пик, Мауна-Кеа и так далее.
Солнце взорвется

Солнечная система распадется гораздо быстрее, чем считалось

Команда астрономов  Калифорнийского университета предполагает, что наша Солнечная система должна начать распадаться гораздо быстрее, потому что в прошлых расчетах не учитывались некоторые очень важные факторы.
Глубоководные рыбы не дальтоники

Ученые считают, что глубоководные рыбы способны различать цвета

Прошлые исследования предполагали, что глубоководные рыбы, живущие на глубине от 500 до 8000 метров, дальтоники.
Планы НАСА

В NASA рассказали, куда нацелены ближайшие космические миссии

В НАСА дан старт четырем новым направлениям в русле программы Discovery. Две из четырех миссий нацелены на Венеру.
Продлить срок жизни

Найдено возможное средство от старения

Изменение всего два пути передачи сигналов инсулина TOR и IIS продлило жизнь червей практически на 500%, о чем ранее ученые могли только мечтать.
Крокодил

Крокодилы умеют бегать галопом и скакать

Даже на суше крокодилы чувствуют себя комфортно. Не верьте расслабленному виду и медлительной походке этих рептилий.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *