Графен повысил живучесть ультраёмких батарей

Вверху — подготовка суспензии графена и наночастиц сажи, внизу — создание частиц «сера плюс полимер» (сера показана жёлтым цветом), правее — получение композитных микронных шариков «сера-графен-полимер» (иллюстрация Hailang Wang, et al./American Chemical Society).

Новая работа открывает новые возможности для развития редкого типа батарей, который может похвастать удивительной ёмкостью, но при этом очень недолговечен.

Команда учёных из Стэндфорда (Stanford University) озаботилась проблемой выносливости литиево-серных аккумуляторов. Этот тип источника тока уже достиг ёмкости в 350 ватт-часов на килограмм, а в перспективе может ещё нарастить данный показатель, по некоторым оценкам, до 600 вт-ч/кг.

Для сравнения, удельная ёмкость литиево-ионных ячеек лежит в пределах 100-250 вт-ч/кг, при этом батареи действительно больших вместимости и мощности (для электромобилей) располагаются ближе к нижней границе данного диапазона.

Новый электрод для литиево-серных батарей под электронным микроскопом (фото Hailang Wang, et al./American Chemical Society).

Таким образом, серные аккумуляторы равного веса могли бы нарастить пробег электрокаров в 2-3 раза. К сожалению, полисульфиды, формирующиеся в процессе разряда таких батарей, частично растворяются в электролите, что приводит к быстрой потере активной массы серы и падению ёмкости устройства. Потому ячейки Li-S пока нашли лишь ограниченное применение, например они установлены на рекордном солнечном беспилотнике.

Исследователи из Стэндфорда покрыли субмикронные частицы серы слоем полиэтиленгликоля, который удерживает полисульфиды в ловушке. Далее эти частицы снабдили ещё одним покрытием из лепестков частично окисленного графена, украшенных к тому же наночастицами сажи.

Графен решил сразу несколько проблем. Он послужил дополнительной защитой, предотвращающей потерю серы электродом, вместе с полиэтиленгликолем помог создать эластичный буферный слой, позволяющий серной микросфере изменяться в объёме по мере разряда и заряда, наконец, на пару с сажей графен повысил электропроводность материала.

Полученный таким образом катод показал, что способен поддерживать свою удельную ёмкость на уровне около 550-600 миллиампер-часов на грамм в течение более чем 100 циклов. (Детали опытов можно найти в статье в Nano Letters.)

Изменение удельной ёмкости (мАч/г, по вертикали) нового катода по мере прохождения циклов заряда и разряда (по горизонтали) при двух разных нагрузках (иллюстрация Hailang Wang, et al./American Chemical Society).

Правда, технология оказалась сырой. Несколько изготовленных таким способом электродов продемонстрировали большой разброс в параметрах. Лучшие из катодов после ста циклов потеряли всего 10-15% от исходной ёмкости, а самые неудачные экземпляры – до 25%.

Тем не менее даже эти числа — уже огромный шаг вперёд на пути превращения батарей Li-S из экзотики в изделия, пригодные для массового применения. Ведь ранние образцы литиево-серных аккумуляторов приходили в полную негодность и вовсе после всего-то 60 циклов заряд-разряд.



Компания «РОСНАНО» рассказала о стартах новых производств

1 июля 2011

Испытан прототип сверхъёмкой полужидкой батареи

30 мая 2011

«РОСНАНО» открыло первый магазин нанотехнологической продукции

26 мая 2011

Придумана новая технология регенерации сердечной мышцы

25 мая 2011

Испытаны вирусные солнечные батареи

25 апреля 2011
  • Вопрос в том на сколько будут дорого стоить акумы с применением графена и наночастиц....
    ОтветитьНравится
  • Сергей Асташкин  15 июля, 09:19
    -- не дороже обычных литий-ионных
    ОтветитьНравится
  • Вадим Банит  16 июля, 11:56
    Простите, это достоверная информация или предположение?
    ОтветитьНравится
  • Основная зависимость здесь — энергоёмкость процесса подобной «шлифовки» и вт*ч/кг
    Можете кинуть ссылочку про что-нибудь менее энергоёмкое (вт*ч/кг) и не высокими требованиями по скорости заряда/разряда?
    ОтветитьНравится
  • Владимир Беляев  18 июля, 14:33
    А автор не в курсе про LMP баттареи с 300 Вт · ч / кг и более 2500 циклов перезаряда?
    ОтветитьНравится
  • Дмитрий Голик  19 июля, 00:09
    У меня есть подозрение, что в курсе. www.membrana.ru/particle/3413
    ОтветитьНравится
  • Кто-нибудь знает о железо-воздушных аккумуляторах??
    Пожалуйста, посоветуйте, где почитать.
    ОтветитьНравится
  • Владимир Буланов  19 июля, 19:51
    Графеносодержащие вещества (как, к примеру, фуллерены, которые Петрик производит методом холодной деструкции тоннами за копейки) вполне удовлетворят потребностям для использования при получении подобных элементов. Патенты открыты для использования.
    Хотя, имея 40% графена в фуллереновой массе, использование её для производства ионисторов и суперконденсаторов гораздо перспективнее, судя по последним испытаниям порошков УСВР, чем игры с устаревшими химическими аккумуляторами. Однозначно придумают что-то новое или сделают гибридные типы…
    ОтветитьНравится