Ученые установили, что графен значительно замедляет разложение катода аккумулятора, уменьшая выделения кислорода при нагревании и высоких нагрузках. Это не только препятствует возгоранию, но и позволяет уменьшить износ батареи.
Литиевые аккумуляторы могут самовозгораться из-за быстрой зарядки или разрядки, повышения температуры, высокого напряжения. Это происходит потому, что в большинстве случаев катод представляет собой литийсодержащий оксид, который при разложении выделяет кислород. Высвободившийся газ может взаимодействовать с легковоспламеняющимися веществами, что при определенных условиях приводит к воспламенению.
Исследователи из Иллинойского университета искали способ предотвращения выхода кислорода и его контакта с другими компонентами внутри аккумулятора. Решением проблемы оказался графен – гибкий и прочный двумерный слой углерода, толщиной в один атом, который может быть проводником. Однако в данном случае ключевое значение имеет то, что графеновые листы также непроницаемы для атомов кислорода.
В ходе испытаний ученые покрыли мельчайшие частицы катодного электрода из оксида лития-кобальта электропроводящим графеном. С помощью электронной микроскопии они убедились в том, что при нагревании выделение кислорода существенно уменьшалось, по сравнению с контрольным необработанным образцом.
На изображении показана частица оксида лития-кобальта, покрытая графеном.
Далее команда собрала все обернутые частицы вместе, сформировав из них пригодный для использования катод, который поместили в литиевый аккумулятор. В процессе работы устройства кислород практически не выделялся даже при высоком напряжении. Аккумулятор продолжал хорошо функционировать после 200 циклов.
Ученые также отметили, что батарея с обработанным катодом потеряла всего около 14% своей емкости при быстрой разрядке, в то время как производительность стандартного образца, в тех же условиях, снизилась примерно на 45%.
С развитием электрооборудования и возобновляемых источников энергии значительно выросло и число исследований в данной области. Ранее мы сообщали о прототипе фторид-ионного аккумулятора Honda, который хранит в 10 раз больше энергии, чем литиевый, а также открытии способа десятикратного увеличения энергоемкости литий-ионных аккумуляторов.