Прорив у технології твердотільних акумуляторів: китайські вчені створили «дихаючий» кремнієвий анод
Інноваційний кремнієвий анод мережевої структури для твердотільних аккумуляторів
Команда дослідників під керівництвом професора Чен Ванхуа з факультету фізичних наук і технологій Нінбо університету, спільно з колегами з Нінбо технологічного університету та Нінбо технологічного інституту, оголосила про новаторське відкриття у матеріалах аноду для твердотільні літієві батареї. Згідно з китайськими медіа Global Times, дослідникам вдалося розробити унікальний кремнієвий нанодротяний анод з тривимірною «дихаючою» структурою, натхненною природними респіраторними механізмами. Це відкриває перспективи для розробки високопродуктивних кремнієвих анодних твердотільних літієвих батарей, про що свідчить публікація в журналі Energy Storage Materials.
Особливості твердотільних літієвих батарей
Твердотільні літієві батареї вважаються науковою спільнотою та індустрією як «кінцева мета» наступного покоління акумуляторів, завдяки підвищеній безпеці, більшій щільності енергії та відмінній циклічній ефективності. Серед можливих матеріалів для анодів, кремній привертає увагу завдяки винятковій теоретичній місткості, що в 10 разів перевищує показники традиційних графітових анодів, та відмінній хімічній сумісності.
- Огромне теоретичне місткасть (у 10 разів більше за графіт)
- Однак, практичне застосування кремнію обмежене великою зміною обсягу, що перевищує тричі початковий розмір при зарядці та розрядці
- Новаторський рівень: завдяки інноваційній структурі кремній «дихає» в жорсткому середовищі
Нове архітектурне рішення
Щоб вирішити цю проблему, команда впровадила інноваційне рішення, дозволяючи кремнію «вільно дихати» у твердотільному середовищі. Використовуючи плазмове посилення хімічного напилення (PECVD), вони створили нову тривимірну колоноподібну архітектуру кремнію, яка інтегрується з колектором струму. Цей дизайн містить «двухфазну» ядровооболонкову структуру, створену за допомогою двокрокового процесу PECVD.
Експериментальні результати показують, що такий анод має надзвичайну електрохімічну ефективність та практичність. Розроблена батарея здатна безперебійно постачати енергію навіть при згинанні чи розрізанні ножицями, демонструючи виняткову механічну міцність і безпечність.
Це дослідження встановлює нову парадигму для об’єднання кінетики іонного транспорту з механічною цілісністю через архітектурний дизайн. Вона забезпечує реальний технічний шлях до створення високоенергетичних, довговічних кремнієвих твердотільних літієвих батарей, наближаючи наступне покоління технологій акумуляторів до реальності.
