Специалисты Северо-Западного университета предложили способ улучшить характеристики аккумуляторов на основе металлического лития за счет графена.
В современных батареях литий обычно атомарно распределен в другом материале, вроде графита или кремния в аноде. Но это ухудшает свойства устройства. Профессор Цзясин Хуан с коллегами рассмотрели возможность использования металлический литий самостоятельно. Сложность такого решения заключается в том, что материал, в процессе работы аккумулятора, начинает формировать дендриты и нити. В лучшем случае они приводят к падению характеристик изделия, в худшем – к короткому замыканию и возгоранию.
Существующим решением проблемы является применение пористых каркасов, вроде углеродных структур. Но действие лития в процессе работы батареи может привести к их разрушению за счет изменения объема лития. Хуан с коллегами решили эту проблему, использовав каркас из мятых графеновых шариков. Их структура напоминает комки бумаги. Шарики не только препятствуют росту дендритов, но также выдерживают изменение объема лития.
Проект представлен в январском выпуске Joule.
«Обычно, для повышения стрессоустойчивости конструкции, ее стараются сделать неразрушимой, — отметил профессор Хуан. – Наша стратегия основана на противоположной идее – каркас сделан из свободно соединенных частиц, способных вновь собраться в нужную структуру».
Специалист создал мятые графеновые шарики 6 лет назад с помощью мелкодисперсного распыления листового сырья внутри мелких капель воды. При испарении и вызываемой ими капиллярной силе, сырье скатывалось в миниатюрные бумажные комки.
Батарее команды Хуана, новый каркас приспособился к изменению объема лития при его движении между анодом и катодом. За счет проводимости шариков ионы быстро движутся по их поверхности. В результате каркас создает постоянно проводящую, динамическую, пористую сеть для лития. Шарики также равномерно распределяются, не создавая скоплений.