В попытке создать архитектуру аккумулятора следующего поколения ученые изучили разные материалы и одним из наиболее подходящих кандидатов оказался кремний. Применение этого доступного элемента в качестве анода для литий-ионной батареи может существенно повысить ее энергетическую плотность, и корейские ученые придумали, как это сделать.
Современные литий-ионные батареи используют в качестве анода графит. Практика показывает, что он неплохо справляется с задачей, однако если заменить его на кремний, можно было бы повысить плотность энергии аккумулятора в четыре раза. Это значит, телефоны смогли бы держать заряд днями, а электромобили проезжать на сотни километров больше без подзарядки.
Однако так просто заменить графит на кремний не получается. Одна из проблем, которые мешают этому — быстрое снижение емкости. Кремниевые аноды теряют свыше 20% ионов лития только в течение первого цикла зарядки.
Один из методов предотвращения снижения емкости — технология «предварительной загрузки лития», когда до сборки батареи добавляется дополнительный литий, чтобы восполнить тот, что будет утерян. Чаще всего это делается путем добавления порошка лития, хотя способ этот дорогой и небезопасный.
Ученые из Института науки и технологии Кореи (KIST) разработали другой метод. Вместо порошка лития они погружают кремниевый анод на пять минут в раствор, который запускает химическую реакцию, позволяющую электронам и ионам лития просачиваться в электрод.
В ходе тестирований новый анод потерял менее 1% во время первого цикла. Прототип батареи с кремниевым анодом продемонстрировал энергетическую плотность на 25% выше, чем аналогичные коммерчески доступные аккумуляторы с анодом из графита.
По мнению ученых, их разработка способна увеличить запас хода электромобилей минимум на 100 км, и ее будет довольно просто внедрить в серийное производство.
