Эффективный аккумулятор с литиевым анодом

10.08.2014

Исследователи из Стэнфордского университета в США смогли создать эффективный и надежный аккумулятор с литиевым анодом, решив при этом проблемы, которые до этого никто не мог разрешить десятилетиями. Новая разработка позволит в перспективе создавать более легкие, компактные и мощные батареи для смартфонов, ноутбуков, а также электромобилей.

Типичная конструкция аккумулятора включает три основных элемента: анод (положительный электрод), электролит и катод (отрицательный электрод). Сегодня наибольшее распространение получили литий-ионные аккумуляторы, в которых ион лития выступает в качестве переносчика заряда. Анод при этом, как правило, изготавливается из графита. Хотя графит наиболее популярный материал для производства анодов, он далеко не самый эффективный, говорит И Цуй (Yi Cui), процессор Стэнфордского университета по материаловедению и руководитель проекта. Литий является более эффективным.

"Из всех материалов, которые можно применять для производства анодов, литий обладает наибольшим потенциалом, - объясняет ученый. - Он имеет небольшой вес и наиболее высокую энергетическую плотность. С этим материалом можно получить больше мощности на единицу веса и объема. Иначе говоря, можно создавать более легкие, компактные и мощные аккумуляторы". Цуй также говорит, что, согласно его предположениям, литиевый анод в теории способен повысить емкость батареи в 3-4 раза.

Проблема кроется в том, что, прежде всего, литий быстро вступает с электролитом в химическую реакцию, и, кроме того, он в значительной степени увеличивается в размерах при осаждении ионов лития на литиевом аноде, из-за чего происходит деградация аккумулятора.

Как рассказывает руководитель проекта, многие ученые десятилетиями бились над решением данных проблем, которые, наконец, удалось решить его команде, применив один дополнительный элемент - своего рода защитный кожух, закрывающий анод, и представляющий собой сетку из углеродных куполов толщиной 20 нм. Такая сетка предотвращает реакцию лития с электролитом и является в достаточной степени гибкой, чтобы по мере расширения анода растягиваться, не разрушаясь.

Обычно батарею можно начинать массово производить в том случае, если ее кулоновская эффективность (относительный объем лития, сохраняемого на аноде после цикла заряда-разряда) достигает 99,9% и больше, не снижаясь менее этого значения длительное время.

До настоящего времени батареи с литиевым анодом, созданные в условиях лабораторий, показывали кулоновскую эффективность порядка 96%. Причем спустя всего лишь 100 циклов заряда-разряда она падала ниже 50%. Ученым из Стэнфордского университета удалось добиться значения в 99%, которое оставалось таким даже спустя 150 циклов.

<< Назад: Визуальный процессор нового поколения Movidius Myriad 2 10.08.2014

>> Вперед: Уязвимость USB-устройств 09.08.2014

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Новый взляд на магнитное поле Земли 31.10.2025

Магнитное поле Земли долгое время считалось относительно стабильной структурой с предсказуемой полярностью. Однако последние исследования японских ученых показывают, что электрическая организация магнитосферы гораздо сложнее и динамичнее, чем предполагалось ранее. Команда исследователей из Киотского, Нагояского и Кюсюского университетов обнаружила, что заряженные области магнитосферы обладают противоположной полярностью по сравнению с традиционными представлениями. Так, утренняя сторона магнитного щита имеет отрицательный заряд, тогда как вечерняя - положительный, вопреки прежним теориям. Юсуке Эбихара из Киотского университета отмечает, что "электрическая сила и распределение зарядов являются следствием, а не причиной движения плазмы". Исследователи пришли к этим выводам с помощью масштабного магнитогидродинамического моделирования, имитирующего взаимодействие солнечного ветра с геомагнитным полем Земли. Моделирование позволило в деталях проследить, как потоки плазмы формируют э ...>>

Влияние белка PF4 на старение крови 31.10.2025

С возрастом наш организм претерпевает множество изменений, в том числе на уровне крови и иммунной системы. Недавние исследования показали, что ключевым фактором этих изменений может быть белок PF4, или platelet factor 4, который играет важную роль в регуляции стволовых клеток костного мозга. Американские ученые из Университета Иллинойса в Чикаго обнаружили, что с возрастом уровень PF4 значительно снижается. Это ослабление контроля над кроветворными стволовыми клетками приводит к нарушению их работы и повышает вероятность развития воспалительных процессов, онкологических заболеваний крови и сердечно-сосудистых проблем. В молодом организме PF4 выполняет функцию "регулятора роста": он контролирует распределение и деление кроветворных стволовых клеток, не позволяя им чрезмерно размножаться. С возрастом эта система контроля ослабевает, клетки начинают делиться чаще, накапливают генетические мутации и постепенно теряют способность создавать полноценные лимфоциты, что ослабляет иммуните ...>>

Музыка юности остается с нами навсегда 30.10.2025

Музыка сопровождает человека всю жизнь, но некоторые мелодии и песни оставляют особенно глубокий след в памяти. Ученые давно замечали, что композиции из подросткового возраста вызывают сильные эмоции даже спустя десятилетия, и недавно международная команда исследователей под руководством Университета Ювяскюля (Финляндия) подтвердила этот эффект научно. В исследовании приняли участие около 2000 человек из 84 стран. Ученые выявили явление, которое они назвали "пиком воспоминаний": эмоциональная привязка к музыке достигает максимума примерно в 17 лет. Именно песни этого периода чаще всего остаются значимыми и вызывают яркие эмоции долгие годы спустя. Интересно, что у мужчин и женщин наблюдаются разные временные рамки этого пика. У мужчин он приходится примерно на 16 лет, тогда как у женщин - на 19. Исследователи объясняют это различие особенностями формирования музыкальной идентичности: юноши чаще ищут самостоятельность и бунт, а девушки связывают музыку с личными отношениями и пере ...>>

Сплав Cr-Mo-Si с уникальными свойствами 30.10.2025

Разработка материалов, способных работать в экстремальных условиях, остается одной из ключевых задач современной инженерии. Особенно это важно для авиации и энергетики, где повышение термостойкости компонентов напрямую влияет на эффективность и надежность оборудования. Международная группа исследователей объявила о создании нового металлического сплава, обладающего уникальным сочетанием свойств: высокой термостойкостью, устойчивостью к коррозии и сохранением пластичности даже при комнатной температуре. Новый сплав содержит хром, молибден и всего 3 атомных процента кремния. Именно кремний способствует формированию плотного слоя оксида хрома на поверхности металла, который действует как невидимый барьер против кислорода и азота при высоких температурах. В отличие от предыдущих сплавов, этот защитный слой формируется без хрупких силицидов, которые обычно снижали пластичность и делали материалы склонными к трещинам. По словам профессора Мартина Гайльмайера из Института технологий Кар ...>>

Открыт лед, замерзающий при комнатной температуре 29.10.2025

Изучение воды продолжает приносить удивительные открытия: несмотря на то, что эта жидкость кажется хорошо известной, она способна проявлять необычные свойства в экстремальных условиях. Международная команда ученых недавно обнаружила новый вид льда, который формируется при комнатной температуре, если вода подвергается сильному давлению. Это открытие не только расширяет наши знания о воде, но и помогает лучше понять процессы в недрах планет и их спутников. Исследователи из Корейского института стандартов и науки совместно с европейскими коллегами, работающими на рентгеновском лазере на свободных электронах (XFEL) в Германии, провели серию экспериментов с водой в динамической ячейке с алмазными наковальнями. Давление изменялось от 0,001 гигапаскаля до 120 гигапаскалей в секунду - в миллионы раз выше атмосферного, при этом температура поддерживалась около 25 °C, близкой к комнатной. В течение сотен циклов ученые наблюдали, как вода многократно замерзает и тает, фиксируя каждый этап с ис ...>>

Случайная новость из Архива Саке из древесины 02.05.2018 Японские ученые изобрели алкоголь, сделанный из древесины. Напитки обладают древесным ароматом, аналогичным спиртам, которые выдерживаются в деревянных бочках, говорят исследователи из японского научно-исследовательского института лесного хозяйства и лесных продуктов говорят. Они надеются, что их изобретение попадет на полки супермаркетов уже в течение трех лет. Метод включает измельчение древесины в сметанообразную пасту, а затем добавление дрожжей и фермента для начала процесса ферментации. Ученые говорят, что могут сохранить специфический аромат древесины каждого дерева. До сих пор они производили напитки из кедра, березы и вишни. Из четырех килограммов кедровой древесины было получено 3,8 литра жидкости, с содержанием алкоголя около 15 процентов - стандартной крепости саке. Исследователи экспериментировали как с заваренными, так и с дистиллированными версиями нового напитка, но считают, что дистиллированный алкоголь выглядит лучше. Древесная ферментация уже давно используется для производства биотоплива, но продукт содержит токсины и не имеет вкуса, что делает его далеким от подходящего для коктейлей компонента. Японский метод не использует высоких температур и серную кислоту, поэтому вполне пригоден для питья.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025