Новые литиевые батареи меньше нагреваются и заряжаются быстрее

Батареи телефонов часто нагреваются и иногда могут загораться. В большинстве случаев проблема может заключаться в литиевых батареях. Несмотря на обеспечение длительных электрических токов, которые могут поддерживать устройства включенными, литиевые батареи могут внутренне замыкаться, нагревая устройство.

Исследователи из Техасского университета изобрели технологию, которая может предотвратить нагревание и выход из строя литиевых батарей. Их конструкция из углеродных нанотрубок для проводящей пластины батареи, называемая анодом, обеспечивает безопасное хранение большого количества ионов лития, тем самым снижая риск возгорания. Кроме того, новая анодная архитектура поможет литиевым батареям заряжаться быстрее, чем имеющиеся в продаже батареи.

Когда используются литиевые батареи, заряженные частицы перемещаются между двумя отсеками батареи. Электроны, выделяемые атомами лития, перемещаются с одной стороны батареи на другую. С другой стороны, ионы лития движутся в другом направлении. При зарядке батареи ионы лития и электроны возвращаются в свои оригинальные отсеки.

Следовательно, свойство анода или электрического проводника, в котором находятся ионы лития внутри батареи, играет решающую роль в свойствах батареи. Обычно используемый материал анода - графит. В этих анодах ионы лития проходят между слоями графита. Однако эта конструкция ограничивает количество ионов лития, которые могут храниться в аноде, и даже требует больше энергии для вытягивания ионов из графита во время зарядки. Иногда ионы лития не равномерно осаждаются на аноде. Вместо этого они накапливаются на поверхности анода кусками, образуя древовидные структуры, называемые дендритами. Со временем дендриты растут и в конечном итоге проникают через материал, который разделяет два отсека аккумулятора. Это нарушение вызывает короткое замыкание аккумулятора и может привести к сгоранию устройства.

Новый дизайн анода предполагает использование чистого металлического лития вместо графита. По сравнению с графитовыми анодами, те, которые имеют металлический литий, имеют намного более высокое содержание энергии на единицу массы. Но они также могут потерпеть неудачу таким же катастрофическим образом из-за образования дендритов.

Чтобы решить эту проблему, команда разработала аноды с использованием высокопроводящих, легких материалов, называемых углеродными нанотрубками. Эти каркасы из углеродных нанотрубок содержат поры для входа и осаждения ионов лития. Аноды из углеродных нанотрубок с оптимальным количеством связывающих молекул предотвращают образование дендритов. Кроме того, огромное количество ионов лития может связываться и распространяться вдоль поверхности каркаса, тем самым повышая способность батареи генерировать большие постоянные токи.

Исследователи утверждают, что их наиболее эффективные аноды выдерживают токи в пять раз больше, чем имеющиеся в продаже литиевые батареи. Эта функция особенно полезна для крупногабаритных аккумуляторов, например, используемых в электромобилях, которые требуют быстрой зарядки.

«Создание литий-металлических анодов, которые являются безопасными и имеют длительный срок службы, было научной проблемой на протяжении многих десятилетий. Разработанные нами аноды преодолевают эти препятствия и являются важным начальным шагом к коммерческому применению литий-металлических батарей».

Комментарии: