Нови силициеви аноди увеличават енергийната плътност на литиевите батерии с 250%

Германски учени създадоха нов клас силициеви аноди, базирани на гъвкави влакна, които могат значително да увеличат енергийната плътност на литиево-йонните батерии. Технологията, разработена в Центъра за изследване на слънчевата енергия и водорода в Баден-Вюртемберг (ZSW), може да доведе до революционни промени в работата на батериите за електромобили, потребителска електроника и системи за съхранение на енергия от възобновяеми източници. Целта на изследователите е да постигнат практически капацитет от поне 1000 mA*h/g, което би увеличило реалната енергийна плътност на анода с поне 250 %. И те вече са близо до тази цел на ниво експериментална клетка.

Конвенционалните литиево-йонни батерии обикновено използват графит като анод. Графитът обаче, който е кристална форма на въглерода, може да акумулира само около 370 милиамперчаса литий на грам. Този енергиен лимит отдавна ограничава възможностите на съвременните батерии. Теоретично силицият може да съхранява до 4200 mA*h на грам, т.е. над 10 пъти повече от графита.

Тъй като цената на силиция и графита е приблизително еднаква, силицият представлява обещаващо решение за създаване на достъпни високоенергийни батерии. Въпреки това, абсорбирайки лития, силицият разширява обема си с до 300%. Това разширяване води до напукване, разслояване и бърза повреда на батерията. През последното десетилетие изследователите изпробваха наноструктури, тънки филми и композитни смеси, но мащабирането на тези подходи за масово производство остава предизвикателство.

Като решение на този проблем германските изследователи са разработили силициеви аноди, отложени не върху твърдо метално фолио, а върху гъвкави електропроводими влакна от текстил. Те служат за компенсиране на промените в обема на силиция, като същевременно помагат да се избегне напукването и разслояването, които обикновено се появяват по време на зареждане и разреждане, пише IE.

Целта на изследователите е да постигнат практически капацитет от поне 1000 mA*h/g, което от своя страна би увеличило реалната енергийна плътност на анода с поне 250%.

„Това ще даде възможност за разработване на мощни, дълготрайни и екологични батерии и ще допринесе значително за засилването на конкурентоспособността на региона“,

се казва в прессъобщението.

Разработчиците вече са започнали да интегрират новите аноди в малки тестови клетки, за да оценят тяхната ефективност. Следващият етап ще включва анализиране, усъвършенстване и увеличаване на производствените процеси за производство на големи акумулаторни клетки, като например тези, използвани в електромобилите.