Срок службы батареи вашего телефона или компьютера зависит от того, сколько ионов лития может храниться в материале отрицательного электрода батареи. Если в батарее истощаются эти ионы, она не может генерировать электрический ток для запуска устройства и в конечном итоге выходит из строя.
Материалы с более высокой емкостью для хранения ионов лития либо слишком тяжелые, либо имеют неправильную форму, чтобы заменить графит, электродный материал, используемый в настоящее время в современных батареях.
Ученые и инженеры Университета Пердью представили способ преобразования этих материалов в новую конструкцию электрода, которая позволит им увеличить срок службы батареи, сделать ее более стабильной и сократить время зарядки.
В ходе исследования, которая была представлена в журнале « Applied Nano Materials », было создано сетчатая структура, называемая «наноцепь», из сурьмы - металлоида, который, как известно, повышает зарядную способность ионов лития в батареях.
Исследователи сравнили наноцепные электроды с графитовыми электродами и обнаружили, что за 30-минутную зарядку наноцепные батареи достигали удвоенной емкости, как если бы литий-ионные батареи за 100 циклов зарядки-разрядки.
В настоящее время в некоторых типах аккумуляторов уже используются углерод-металлические композиты, похожие на отрицательно заряженные электроды на основе сурьмы, но такие материалы имеют тенденцию увеличиваться в объеме в три раза, по мере эксплуатации, по сравнению с ионами лития, что делает подобного рода батареи опасными для использования. Для решения этих проблем ученые из Университета Пердью соединили крошечные частицы сурьмы в форму наноцепи, в которой с помощью восстановителя аммиак-борана создаются пустые пространства - поры внутри наноцепи - которые приспособлены для расширения и подавляют разрушение электрода.
Команда применила аммиак-боран к нескольким различным соединениям сурьмы, обнаружив, что только хлорид сурьмы производит структуру наноцепи.
Ученые из Университета Пердью уверены, что их открытие в будущем решит ряд проблем в области гаджетостроения.
