Международная команда ученых обнаружила, что кристаллы сурьмы спонтанно и обратимо опустошаются во время циклов заряда и разряда литий-ионных аккумуляторов. Это значит, что можно создать батареи с большей плотностью энергии, не опасаясь их ускоренного износа из-за быстрого разрушения анода. А более емкие аккумуляторы дадут совершенно новый пользовательский опыт в самых разных отраслях.
Литий-ионные батареи вырабатывают электричество, запуская ионы вперед — назад между двумя электродами, катодом и анодом. При этом в процессе заряда и разряда анод попеременно то разбухает, то съеживается. Попытки увеличить плотность энергии таких батарей приводят к ускоренному разрушению анода, так как он с большей интенсивностью получает и отдает ионы лития. В итоге срок службы батареи резко сокращается, возникают проблемы с ее безопасностью.
Но многих исследователей не покидает желание найти решение, которое позволит избежать ускоренного разрушения анода при повышении плотности энергии батареи. Увеличение мощности батарей при тех же физических параметрах даст огромный экономический эффект, с учетом их распространенности на планете. Команда исследователей из США и Швейцарии, кажется, нащупала возможное решение.
«Проблему могут решить микрочастицы сурьмы — в тысячи раз меньше диаметра человеческого волоса, которые способны приспосабливаться к изменениям внутреннего объема анода, сохраняя стабильную внешнюю поверхность».
Открытие, сделанное Мэтью Макдауэллом и его коллегами, позволило вовсе избежать типичного усадочного поведения анода. Покрытые оксидом нанокристаллы сурьмы во время цикла заряда/разряда не меняют своего объема. Когда ионы покидают внутреннюю полость кристаллов, они не сжимаются, а сохраняют объем благодаря жесткому слою оксида. Единственная особенность — подобное поведение наблюдалось только в частицах диаметром менее 30 нанометров.
Лабораторный эксперимент на небольших батареях дал положительные результаты, и команда Макдауэлла надеется повторить его на батареях большего размера. Кроме того, сурьма довольно дорогой материал, так что в дальнейшем ученые надеются заменить ее на что-то подешевле, например, на олово.
