Химики построили модель высокоэффективной ячейки литий-ионной батареи

Российские химики построили компьютерную модель новейшего типа электрохимической ячейки для литий-ионных батарей. Эта ячейка имеет маленькие размеры, однако её ёмкость в десять раз больше, чем у элементов, применяемых в наше время. К тому же изготовление такой ячейки стоит очень небольших денег. Работа уже получила освещение в журнале Materials Science and Engineering. Исследователи уже создают экспериментальные образцы таких батарей. Так что, возможно, в скором будущем такие батареи появятся на рынке.

Литий-ионные батареи в последнее время используются наиболее широко. Они применяются в том числе и в бытовых устройствах – например, в мобильных телефонах, планшетах, а также на производстве и лабораторном оборудовании, например, в портативных лабораторных инкубаторах. Литий-ионные батареи считаются одними из самых совершенных источников питания. Однако работники Института высокотемпературной электрохимии Уральского отделения РАН и Уральского федерального университета решили пойти дальше и представить устройства с ещё более высокими показателями.

Для этого они использовали двухслойный силицен на графитовой положке в качестве анодного элемента, а также твёрдый электролит. Первый компонент является главным «секретом» технологии. В настоящее время в таких батареях используют свободностоящий силицен (двумерное соединение, кремниевый аналог графена), однако исследователи вместо него решили использовать ультратонкие подложки, которые сопровождают синтез силицена. В качестве подложки учёные использовали разные материалы, но оказалось, что наибольшую эффективность проявляет графит. Он продемонстрировал наиболее слабую связь с силиценом, а значит, в устройстве он не будет оказывать существенного влияния на свойства «двумерного кремния».

При этом вместе с графитовой подложкой силицен проявляет особые свойства. Так, он начинает в некоторой степени «металлизироваться», в нём проявляется электронная проводимость. Это и позволяет использовать соединение в качестве анода.

Твёрдый электролит – ещё одна нестандартная особенность разработки. Исследователи сравнили его со свойствами жидкого электролита, который применяется в настоящее время. Он показывает очень высокую электропроводимость, однако в случае долгой работы в таком электролите появляются вытянутые цепочки частиц металла, а это может вызвать короткое замыкание и даже воспламенение устройства. Проводимость твёрдого электролита существенно ниже, однако он абсолютно безопасен в использовании. Более совершенный анод, имеющий повышенную электропроводимость, компенсирует её недостаток у твёрдого электролита.
У полученной ячейки электропроводность оказалась довольно высокой — 3500 мАчг-1. Это означает, что батарея, собранная из сотен таких ячеек, будет заряжаться очень быстро, е её заряда хватит на очень долгое время. Учёные говорят, что в первую очередь такие батареи должны быть направлены в автомобильную промышленность.