Самовосстанавливающийся силиконовый электрод может означать более долгую жизнь вашего смартфона, ноутбука или электромобиля. Исследователи из Стэндфордского университета и лаборатории SLAC создали электрод для батареи, который себя восстанавливает. Такая разработка может означать продление жизни для литий-ионных батарей, используемых во многих устройствах.
Большинство литий-ионных батарей используют угольные электроды на положительной стороне, называемой анодом. Однако силиконовые электроды могут накоплять в 10 раз больше лития, говорит Йи Куи, адъюнкт-профессор из Стэнфорда и один из ведущих исследователей.
Так почему же в большинстве батарей не используются силиконовые электроды? Потому что крошечные частицы, из которых они сделаны могут увеличиваться в размере до трех раз на протяжении каждого цикла зарядки, и затем сжиматься, как пишут исследователи. Это приводит со временем к их разрушению. «Если вы заставите силикон работать вместо углерода, то вы получите возможность накоплять намного больше энергии», говорит Куи.
Команда решила проблему, используя синтетическую полимерную слизь, которая восстанавливает разрывы на протяжении часов. Электроды, покрытые этим составом работали в 10 раз дольше. «Я полагаю, что это очень многообещающий подход – заставить силикон работать на электродах», говорит Куи. Эту идею команда взяла у другой группы, возглавляемой профессором из Стэнфорда Женан Бао, которая работала над искусственной электронной кожей.
Формирование из связанного кислорода внутри полимера работает как клей для склеивания разрывов, объясняет Куи. Для придания смеси электропроводности, команда также добавила наночастицы углерода. Куи Бао и другие уже создали силиконовый анод ранее, используя наночастицы, которые были даже меньше, чем используемые в исследовании. Наночастицы настолько малы, что отсутствует риск еще меньшего деления, утверждает Куи. Основной проблемой было удержать электрические связи между крошечными частицами, используя гидрогель.
Однако по словам Куи микрочастицы силикона намного дешевле и проще в производстве. «Если вы сможете заставить работать микрочастицы, то вы можете получить большую производительность», объясняет Куи. «В прошлом, мы не могли получить большую производительность от микрочастиц, так как они разбивались. Частицы такого размера не будут этого делать».
Команда все еще работает над улучшением количества циклов зарядки/разрядки, чтобы продлить срок, за который электрод теряет способность к накоплению. Это процесс, через который проходят все батареи, прежде чем они начинают разрушаться.
Электроды работают на полной мощности до 100 циклов зарядки – телефоны и ноутбуки обычно проходят через 500 циклов перед порчей, говорит Куи. Электромобили обычно проходят 3000 циклов. В отличие от этого, силиконовые электроды могут обеспечить до 5000 циклов.
«Итак наша задача состоит в том, чтобы улучшить работу самовосстанавливающихся частиц до того же уровня, как и электроды на наночастицах», говорит Куи. «Как минимум это исследование… показывает, что концепция самовосстановления очень многообещающая».