Полая структура анодов значительно увеличит емкость Li-ионных батарей
Синтез материала происходит в один шаг без промежуточных этапов благодаря процессу пиролиза ультразвуковым распылением (спрей-пиролиз). Для этого, как объяснили ученые, водный раствор с ионами металлов преобразуется в туман при помощи ультразвука
Ученые из Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» (НИТУ «МИСиС») в составе международного коллектива смогли увеличить емкость и продлить срок службы литий-ионных батарей. Они синтезировали новый наноматериал на замену графиту, который используется сегодня в литий-ионных батареях. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Alloys and Compounds [1].
Литий-ионные батареи - основной тип аккумуляторов, который применяется в бытовых устройствах: от смартфонов до электромобилей. Цикл зарядки-разрядки в таком аккумуляторе происходит, когда ионы лития (Li+) движутся между двумя электродами: от отрицательно заряженного анода к положительно заряженному катоду.
Сфера применения литий-ионных батарей постоянно расширяется, однако их способность накапливать энергию до сих пор ограничена свойствами графита, из которого изготавливаются аноды. «Пористые наноструктурные микросферы из анодного материала Cu0,4Zn0,6Fe2O4 повышают емкость батареи по сравнению с аналогами минимум на 30 процентов. При этом число циклов зарядки-разрядки увеличивается в 5 раз. Такое улучшение происходит за счёт синергетического эффекта в сочетании с особой наноструктурой и составом использованных элементов», — рассказал ассистент кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ «МИСиС» Евгений Колесников
Синтез материала происходит в один шаг без промежуточных этапов благодаря процессу пиролиза ультразвуковым распылением (спрей-пиролиз). Для этого, как объяснили ученые, водный раствор с ионами металлов преобразуется в туман при помощи ультразвука. Далее воду выпаривают при температурах до 1200⁰С с разложением исходных солей металлов. В результате получаются пористые сферы микронных или субмикронных размеров. Полая пористая архитектура сфер облегчает перенос ионов Li.
Синергетический эффект между различными катионами и наноразмерность в сочетании с полой внутренней и поверхностной пористостью электродных материалов не только облегчают кинетику переноса ионов лития и электронов, но и увеличивает емкость литий-ионной батареи.
Электрохимические исследования материала, синтезированного специалистами НИТУ «МИСиС», проводились учеными Сеульского национального университета науки и технологий (Республика Корея), Норвежского университета науки и технологий (Норвегия) и Института науки и технологий SRM (Индия).
В дальнейшем научный коллектив намерен продолжить поиски новых более эффективных составов аккумуляторных электродов.
Ссылки:
1. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.158769
Источник: НИТУ «МИСиС»
Комментарии ()