Литий-ионных аккумуляторы с кремниевым анодом способны запасать почти в 10 раз больше энергии, чем традиционные с графитом, но их ресурс катастрофически мал: кремний при зарядке разбухает в 3–4 раза, растрескивается и отслаивается от подложки.
Ученые Института электродвижения Московского физико-технического института (МФТИ) предложили решение этой проблемы. Вместо сложных и дорогих трехмерных структур исследователи использовали обычную медную фольгу с лазерной перфорацией — отверстиями диаметром 250 и 500 мкм.
Мы еще не до конца понимаем, как перфорированная фольга позволяет стабилизировать работу кремнийсодержащих анодов. Скорее всего на это влияют и механические свойства такой взаимопроникающей структуры, и пропитка пористой пленки электролитом, и распределение связующих компонентов, и их прочное соединение с подложкой. Возможно, активный материал, который проникает в отверстия в фольге, выполняет роль «стежков» и прочно связывает обе стороны электрода между собой. Это не дает ей отслаиваться
Активный материал проникает в эти отверстия, сшивая обе стороны электрода и не давая ему разрушаться. Результат превзошел ожидания: после 100 циклов заряда-разряда анод на перфорированной фольге сохранил 90% емкости против 60% на сплошной подложке. Четырехкратное повышение тока разряда также не привело к деградации. При этом чем меньше отверстия, тем выше эффект стабилизации. Авторы планируют опробовать технологию на анодах с еще более высоким содержанием кремния и выпустить опытную партию аккумуляторов на экспериментальном производстве института.
Ранее Наука Mail писала о новом материале для арктических аккумуляторов.
