Молекулярна «авоська» допоможе збільшити ємність акумуляторів

Вчені з Корейського інституту передових технологій знайшли спосіб захистити перспективні акумулятори з кремнієвими анодами від деградації. Для цього вони використовували молекулярні «стяжки» з поліротаксанових молекул, які не дають кремнієвим частинкам аноду розпастися на частини. Акумулятори з кремнієвим анодом зможуть запасати в кілька разів більше енергії порівняно з існуючими аналогами. Вчені заявляють, що вже працюють над можливим впровадженням їх винаходу з великим корейським виробником акумуляторів. Дослідження опубліковано в журналі, коротко про нього повідомляє видання The Verge.

Поширені літій-іонні акумулятори складаються з літієвого катода і графітового аноду. Під час зарядки літієві іони переходять на анод, під час розрядки у зворотному напрямку. Але у графітового аноду є перспективна альтернатива - кремній. Він може запасати в кілька разів більше енергії, але у такого матеріалу є недолік: під час зарядки він розширюється в кілька разів і тріскається. Через це ресурс таких акумуляторів сильно падає вже після десятків циклів зарядки-розрядки, що очевидно недостатньо для повсюдного застосування.

Корейські вчені знайшли спосіб, як утримати мікрочастинки кремнію в аноді. Для цього вони прикріпили до аноду сітку з поліротаксанових молекул. Вони складаються з молекули-нитки і «нанизаних» на неї молекул-кілець. Деякі кільця були поєднані з нитками. Таким чином на поверхні кремнію була створена молекулярна сітка, яка давала йому розширюватися, але при цьому стягувала його назад і таким чином не давала розпадатися.

Завдяки цьому у прототипу батареї з таким анодом ефективність практично не знижується після більш ніж ста циклів зарядки-розрядки. Незважаючи на досить складну конструкцію аноду, вчені сподіваються, що їм вдасться доопрацювати його технологію виробництва для широкого впровадження. Вони стверджують, що вже перебувають у партнерстві з неназваним «великим корейським виробником акумуляторів».

Вчені постійно працюють над вдосконаленням акумуляторів, зокрема їхніх анодів. У 2016 році американські вчені також замінили графітовий анод, але не на кремній, а на модифіковані наночастинками волокна грибів. Інша група вчених того ж року запропонувала використовувати як матеріал анода пилок, а індійські вчені запропонували робити аноди з кіптяви від свічок.