211service.com
Nanowire Advance dla baterii litowych
Akumulator litowo-jonowy stał się preferowanym akumulatorem do pojazdów elektrycznych, co skłania naukowców do poprawy wydajności, trwałości i niezawodności technologii. Nowy typ elektrody nanodrutowej opracowanej przez profesora materiałoznawstwa i inżynierii Yi Cui w Stanford to krok w kierunku tego celu.
Wzmocnienie nanoprzewodów: Nanodruty węglowe pokryte krzemem (na dole) dają materiał, który może przechowywać sześć razy więcej ładunku niż grafit używany w dzisiejszych elektrodach akumulatorów litowych. (U góry pokazano gołe nanodruty węglowe.)
Nowe elektrody omówione w zeszłym tygodniu Litery nano , może przechowywać sześć razy więcej ładunku niż elektrody grafitowe w obecnych akumulatorach litowych - oznacza to, że samochody elektryczne zapewniają większy przebieg na sesję ładowania.
Gdy bateria litowa jest ładowana, jony litu przemieszczają się z elektrody dodatniej (katody) do anody ujemnej. Krzem jest obiecującym materiałem na anody, ponieważ może przechowywać ponad 10 razy więcej jonów niż grafit przy tej samej masie. Ale kiedy krzem absorbuje ładunek, pęcznieje do czterokrotności swojej pierwotnej objętości, pękając po kilku cyklach ładowania.
Nowe nanodruty wykorzystują właściwości krzemu i grafitu. Cui i jego koledzy wytwarzają materiał, osadzając amorficzny krzem na nanoprzewodach węglowych. Przewody mogą przechowywać ładunek około 2000 miliamperogodzin na gram, podczas gdy anody grafitowe przechowują mniej niż 360 miliamperogodzin na gram. Tymczasem rdzeń z włókna węglowego sprawia, że są wytrzymałe. Jony litu mogą również zostać wchłonięte przez węgiel, mówi Cui, ale wzrost objętości węgla wynosi 10 procent lub mniej, więc zapewnia stabilny szkielet. W testach nanoprzewody działały dobrze przez ponad 50 cykli ładowania.
Badacze wcześniej wykonali elektrody z czystego krystalicznego nanodrutu krzemowego. Miały one trzykrotnie większą pojemność niż elektrody grafitowe, ale trwały tylko przez 20 cykli.
Nanodruty węglowo-krzemowe są również łatwiejsze do wykonania. Nie wymagają wysokich temperatur, które są potrzebne do wyhodowania nanoprzewodów zawierających tylko krzem. Nanowłókno węglowe jest już dostępne na rynku i można wyprodukować tony, mówi Cui. Proces powlekania można przeprowadzić znacznie szybciej i jest łatwy w produkcji na dużą skalę.
Do użytku w komercyjnych pojazdach elektrycznych elektrody do akumulatorów litowych muszą wytrzymać co najmniej 300 cykli ładowania. Pod tym względem nanodruty mogą stawić czoła ostrej konkurencji. W grudniu 2008 r. zespół z Hanyang University w Ansan w Korei Południowej zaprezentował nanoporowate anody krzemowe, które wytrzymywały ponad 100 cykli ładowania i mogą przechowywać więcej ładunku niż nanoprzewody. Chemik Jaefil Cho , który kierował pracami, twierdzi, że nanoporowaty materiał ma więcej krzemu na jednostkę objętości niż nanodruty, więc może pomieścić więcej ładunku na jednostkę objętości. Mówi jednak, że [produkcja] włókna węglowego jest łatwa do skalowania i dlatego metoda [Cui] wytwarzania nanoprzewodów węglowo-krzemowych jest uważana za bardzo praktyczną.
Tymczasem General Motors and Applied Sciences opracowują anody z nanoprzewodów, które są bardzo podobne do anod zespołu ze Stanford. Firmy pokrywają nanowłókien węglowych cząsteczkami krzemu, w przeciwieństwie do krzemu amorficznego, w wyniku czego anody mogą przechowywać ładunek od 1000 do 1500 miliamperogodzin na gram. Gholam-Abbas Nazri, który kieruje pracami w Centrum Badawczo-Rozwojowym GM w Warren, MI, mówi, że pojemność anody można zwiększyć, zwiększając grubość warstwy krzemu, ale teraz najlepiej ustabilizować wydajność na poziomie 1000 miliamperów za gram. Anody, które przechowują więcej ładunku, potrzebują katod, które mogą dostarczyć wyższy ładunek, mówi Nazri, a w tej chwili nie ma katody [materiału] o wystarczającej pojemności, aby pasować do anody węglowo-krzemowej.
Cui jest przekonana o sukcesie krzemu jako materiału anodowego do akumulatorów litowych. W ciągu najbliższych pięciu lat lub mniej zobaczymy baterię z anodami krzemowymi, mówi. Decydującym czynnikiem będzie jednak koszt. W końcu, mówi, wszystko zależy od tego, kto potrafi wymyślić tani proces produkcyjny na dużą skalę, wyprodukować najlepszą wydajność i wypuścić produkty.