«Гранатовый» анод сделает ионно-литиевые батареи более емкими и компактными

Источник: Greg Stewart/SLAC

Ученые уже достаточно давно пытаются заменить графитовый анод в перезаряжаемых батареях на кремниевый, обещающий многократное увеличение емкости. Но мешает то, что хрупкий кремний разрушается, раздуваясь в процессе зарядки, и к тому же реагирует с электролитом, из-за чего анод покрывается продуктами этой реакции, и его характеристики ухудшаются.

Исследователи из Стэнфорда и Национальной ускорительной лаборатории США решили проблему, сформировав анод из кремниевых наночастиц в графитовой «скорлупе» со свободным внутренним пространством, которое целиком заполняется «раздувающимся» кремнием. Исследователи склеивают частицы в оболочках — «гранатовые зерна», как они их называют, в «грозди», которые покрываются еще одним, более толстым слоем графита. Он удерживает «зерна» в гроздьях вместе и отлично проводит ток. Кроме того, в такой структуре контакт кремния с электролитом ограничен, так что продуктов реакции образуется относительно немного продуктов.

По словам исследователей, их «гранатовый» анод сохраняет 97% емкости после тысячи циклов заряд-разряд. Для коммерциализации остается лишь решить проблему с получением кремниевых наночастиц. В качестве их источника исследователи предлагают использовать рисовую шелуху, которая вырабатывается миллионами тонн и на 20% состоит из двуокиси кремния.