Группа американских ученых из Аргоннской национальной лаборатории смогли достичь прогресса в реализации Li-ion аккумуляторах с увеличенной ёмкостью. Данная разработка сумеет повысить в 10 раз энергетическую ёмкость анодного материала, что в скором будущем даст больше автономности при равных энергозатратах или позволит сохранить автономность на текущем уровне для большей производительности техники. Десятикратное увеличение ёмкости литиевых батарей с помощью красного фосфора при тех же размерах – реальность, а не миф.
Современные Li-ion батареи в качестве анода использую графит. Этот материал стабилен и не трескается спустя тысячи циклов разряда и заряда. В целом, на этом бы можно ставить было точку если бы не 2 фактора. Производительность техники растет и энергоносители с технологией Li-ion на графите не справляется, поскольку последний имеет невысокую энергетическую ёмкость.
Чтобы постепенно нарастить энергетическую ёмкость Li-ion батарей нужны новые материалы для анода. Доступными и перспективными материалами, не увеличивающие затраты на производство в разы считаются кремний и фосфор. Каждый элемент теоретически в 10 раз энергоэффективнее, чем графит. Кремний, применяемый в качестве анода в li-ion уже к 2025 году, обещает выйти в коммерческую продажу во всем мире. Но ученые из Америки не поддерживают кремний, делая ставку на фосфор из-за глобальных проблем первого:
- Расширение материала при насыщении li-ion и обратном сокращении при отдаче разрушает анод и уменьшает ёмкость «на глазах»;
- Кулоновская эффективность (разница между запасённой и отдаваемой энергией, чем больше, тем лучше) не соответствует стандартам коммерческой продукции (у кремния до 80%, а должно быть свыше 90%).
А вот фосфор показал нечто интересное, за что может зацепиться дальнейший прогресс в устройстве литий ионных аккумуляторов.
Сперва ученые реализовали композитный анод, задействовав частицы черного, а после красного фосфора. Частички материала измельчились до размера в микрометр. Далее, они соединились с однотипного размера частицами углерода. Измеренный на выходе материал показал кулоновскую эффективность более 90%.
Энергоэффективность черного фосфора выше, чем у красного. Но, работа с черным фосфором дорогостоящая, поэтому от него решили отказаться. Красный фосфор сможет в приемлемых рамках по цене производства нарастить и более продвинутую ёмкость для li-ion аккумуляторов на композитных анодах. Такое сочетание хорошее и потребность в ёмких батареях на рыке есть. Поэтому осталось сыскать производителя, которого данная технология заинтересует.
