Оказалось, что аноды кремния могут хранить в 10 раз больше заряда, чем графит.
Марта Харо, которая является доктором и команда учёных из Окинавского университета науки и технологий аспирантуры выступили с предложением заменить графит кремнием в литий-ионных аккумуляторах. В журнале Communications Materials были опубликованы результаты их работы.
Литий-ионные батареи имеют пару электродов и раствор электролита, который обеспечивает перенос ионов лития между ними. Анод, один из электродов, изготовлен из графита. Графитовые детали достаточно дешевые в изготовлении, но исследователи считают, что другие материалы смогут увеличить производительность приборов. Плотность энергии значительно увеличится, если люди начнут использовать кремний вместо графита, сообщает доктор Харо.
Из материалов исследования стало известно, что кремниевые аноды могут хранить в 10 раз больше заряда в заданном объеме, чем графитовые аноды. Но есть одна проблема, как только ионы лития перемещаются в анод, происходит очень большое изменение объема, примерно до 400%, а это приводит к разрушению и поломке электрода.
Исследователи начали экспериментировать со слоями кремния разной толщины, которые были помещены между наночастицами из металла. Как итог, материал начал становиться более жестким, но при дальнейшем увеличении толщины слоя кремния, жестокость уменьшалась. Это происходило из-за осаждения атомов кремния на металлических наночастицах. В результате чего образовывались столбики конусовидной формы. Число атомов кремния возрастало и столбцы начали образовывать дугообразную наноструктуру.
Конструкция из колонн сама по себе не очень прочная и устойчивая, но чем выше они становятся, тем сильнее возникает губчатая структура, которая обеспечивает усиление анода. Батареи, которые имеют подобную конструкцию, обладают повышенной емкостью заряда. А это ведёт к увеличению максимального количества циклов перезарядки.
