Литий-ионную батарею смогли улучшить с помощью графена

Ученые из Университета Тунцзи и Массачусетского технологического института использовали высокоориентированный пиролитический графит в качестве подложки, на которую нанесли слой лития. Это позволило увеличить сродство материалов друг к другу и смачиваемость поверхности. Соответствующая статья опубликована в журнале National Science Review.

Литий-ионная батарея была создана в 1970-х годах, а на рынок вышла в 1991-м. С тех пор она стала основным источником энергии для различных устройств, включая мобильные телефоны и даже электромобили.Тем не менее эта технология приближается к своим пределам производительности.

Исследователи со всего мира ищут замену литию в батареях, пытаясь вместе с тем сохранить их стабильность, увеличить эффективность и снизить цену. Одним из перспективных направлений в поиске решений этой задачи считается использование лития вместе с графитом. Теоретическая емкость такого элемента составляет 3860 мА * ч/г, что достаточно много. Для сравнения, это примерная емкость батарей последних iPhone, которые весят значительно больше одного грамма.

Однако предыдущие исследования показали, что литий плохо смачивает графит, а значит, не может хорошо с ним «сцепиться», создав эффективный материал анода. Решить эту проблему смогла команда китайских ученых. Они использовали в качестве подложки высокоориентированный пиролитический графит — вещество, которое получается при воздействии высокого давления на отожженный до этого углерод.

Сначала исследователи провели теоретические предсказания и выяснили, что такая комбинация материалов позволяет увеличить угол смачивания до 73 °C. А чем меньше этот угол, тем лучше смачиваемость поверхности, причем теоретический максимум достигается при 0 °С. Дальнейшие расчеты с помощью метода молекулярной динамики показали, что поверхность графита является внутренне литиофильной при 500 K.

Дальнейшие эксперименты подтвердили теоретические вычисления. Оказалось также, что плохая смачиваемость литием углеродной поверхности, зафиксированная ранее, обусловлена структурой поверхности, на которой было большое число кислородсодержащих групп. Предположение авторы проверили, проведя модификацию пористой углеродной бумаги — материала, для которого ранее угол смачивания лития составлял 142 °С. После модификации и удаления примесей он составил целых 52 °С.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.