Нанолисты из оксида графена могут помочь вывести на рынок литий-металлические батареи

Исследователи из Иллинойского университета в Чикаго (ИУЧ) нашли потенциальное решение проблемы, мешающей массовому внедрению литий-металлических батарей.

Такие аккумуляторы способны держать в 10 раз больше заряда, чем литий-ионные устройства. Но заменить ими основные источники питания мешает серьезный недостаток, отмечает eurekalert.org. При циклах зарядки/разрядки литий неравномерно распределяется на электродах. Исследователи из Иллинойского университета в Чикаго предложили решить эту проблему с помощью нанолистов оксида графена. Их размещение между электродами препятствует неравномерному распределению лития и продлевает срок службы аккумулятора.

Выводы проекта представлены в Advanced Functional Materials.

Литий-металлические батареи отличаются высокой энергетической плотностью и относительной легкостью, в сравнении со стандартными аккумуляторами. Но неравномерное распределение лития в процессе работы устройства быстро приводит к его поломке. Материал растет в виде дендритов, которые, при контакте с противоположным электродом, могут привести к взрыву или возгоранию батареи. В литий-ионных батареях этому препятствует разделитель в электролите. Состоящий из пористого полимера или стеклянных керамических волокон, элемент позволяет свободно двигаться ионам лития, блокируя другие компоненты.

Реза Шахбазян-Яссар, один из ответственных авторов работы, вместе с коллегами использовал модифицированный сепаратор в рассматриваемом устройстве. Они покрыли стекловолоконный разделитель оксидом графена, получив нанолист.

Используя сканирующую электронную микроскопию и другие технологии визуализации, специалисты показали, что, при использовании созданной структуры, на поверхности электродов формируется однородная пленка лития, улучшая работу батареи и делая ее более безопасной. Молекулярные симуляции, проведенные под руководством сотрудников Техасского механико-хозяйственного университета, предположили, что оксид графена задерживает ионы лития на время, достаточное для предотвращения появления дендритов. Расчеты профессора Фарзада Машаека (ИУЧ) также показали, что материал механически подавляет их формирование.