Trovato un modo per aumentare la capacità delle batterie agli ioni di litio di 10 volte

In tutto il mondo, dozzine di gruppi di ricerca stanno cercando opzioni per aumentare in modo significativo la capacità delle batterie agli ioni di litio. L'introduzione del silicio nella struttura è considerata una direzione promettente, ma la sua fragilità, fragilità dei composti basati su di esso e altri problemi non lo hanno permesso per molto tempo.

Ma sembra che gli scienziati in Giappone siano riusciti a trovare una soluzione al problema del silicio. Hanno inventato un nuovo design dell'anodo, fatto di archi di silicio di dimensioni nanometriche, che danno la forza e la durata necessarie.

Le moderne batterie agli ioni di litio e i loro svantaggi

Quindi, per cominciare, solo poche parole su come funzionano le batterie agli ioni di litio. Quindi, come sai, una batteria è composta da una coppia di elettrodi (catodo e anodo) e una soluzione elettrolitica. Quindi il compito principale dell'elettrolita è il trasferimento di ioni di litio tra il catodo e l'anodo, che è fatto solo di grafite.

Quindi, durante la carica della batteria, gli ioni di litio si muovono lungo il percorso catodo-soluzione-anodo. Nel processo di scarica, il movimento degli ioni avviene nella direzione opposta.

Questo design si è dimostrato efficace e ha funzionato per più di una dozzina di anni. Ma lo svantaggio principale dell'intero progetto sottoposto a debug risiede nel fatto che è necessario utilizzare sei atomi di carbonio contemporaneamente nell'anodo di grafite per immagazzinare uno ione di litio. Per questo motivo, queste batterie hanno una bassa densità di energia.

Silicio e sue applicazioni

Tuttavia, se guardiamo un materiale come il silicio, allora uno dei suoi atomi è in grado di legarsi con quattro ioni di litio contemporaneamente, il che dà un aumento di quasi 10 volte della densità di energia. Sembra tutto a posto, ma gli scienziati non sono ancora stati in grado di stabilizzare il silicio.

Poiché è soggetto a un'espansione significativa (fino al 400% del volume originale), contrazioni e rottura durante il funzionamento della batteria, quindi tutti questi effetti di deformazione hanno distrutto gli anodi di silicio abbastanza veloce.

Un gruppo di ricerca dell'Okinawa Institute of Graduate Technology and Technology (OSIT) ha proposto una soluzione al problema della stabilizzazione dell'anodo di silicio. Gli ingegneri hanno condotto un'intera serie di esperimenti con strati di silicio di vari spessori alla ricerca di un mezzo aureo, in cui saranno soddisfatte le condizioni di alta densità energetica e stabilità della batteria.

Gli scienziati hanno scoperto che all'aumentare dello strato di silicio, prima c'è un aumento della rigidità e, dopo un certo punto, c'è una forte diminuzione. Si è deciso di studiare più in dettaglio il motivo di questa transizione, e questo è ciò che gli scienziati sono stati in grado di stabilire.

Si è scoperto che quando il silicio viene depositato su nanoparticelle metalliche, iniziano a formarsi minuscole colonne a forma di coni rovesciati, ispessendosi verso l'alto.

Si scopre che con la deposizione di un numero crescente di atomi di silicio e, di conseguenza, la crescita dei pilastri, diventano così larghe che si toccano e formano così una struttura ad arco di un nanometro scala.

Una tale struttura è abbastanza forte e persino utilizzata dagli esseri umani nella costruzione. E si scopre che prima che si formassero questi nano archi, la struttura è piuttosto debole e la loro crescita ancora maggiore crea una struttura spugnosa con fori, che non è così efficace.

E solo al momento della formazione di tali archi, viene creato un equilibrio, che consente di fornire una maggiore capacità di carica ed è in grado di sopportare un gran numero di cicli di carica / scarica.

Non è ancora noto quando saranno in vendita le nuove batterie agli ioni di litio con anodo di silicio, ma il fatto che questa direzione sia promettente si può già riconoscere in questa fase.

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