Новая разработка в области литий-ионного аккумулятора

Литий-ионный аккумулятор в нашей жизни

Трудно представить современную жизнь без сотовых телефонов, фотоаппаратов, цифровых видеокамер или ноутбуков, и именно литиево-ионный аккумулятор чаще всего служит источником энергии для них. Их широкому распространению способствовал ряд преимуществ – это высокая энергоемкость при сравнительно небольшом размере и весе, а также почти полное отсутствие технологических ограничений на форму самой батареи. При таких параметрах батарея позволяет аккумулировать достаточно энергии для длительной работы мощного процессора или дисплея.

Еще одно преимущество литиево-ионных аккумуляторов состоит в том, что они просты в эксплуатации и не требуют строгого соблюдения полного цикла разрядки и зарядки. Первый аккумулятор такого типа был выпущен в 1991 году корпорацией Sony. С тех пор прошло много времени, и все же усовершенствование и доработка аккумуляторов этого типа еще остаются одним из перспективных направлений в этой области. Основная задача заключается в том, чтобы увеличить энергетическую емкость аккумулятора, уменьшить его размеры и продлить срок службы.

Стабильные литий-металические аноды

Для увеличения эффективности работы литиево-ионных аккумуляторов необходима высокая пропускная способность электродных материалов, таких как металлический литий, кремний или олово в качестве анодов и серы и кислорода в качестве катодов. В качестве анодного материала оптимальным считается литий, так как он обладает самой высокой удельной емкостью и самым низким потенциалом. Однако основной проблемой остается безопасность использования данного материала. Многократные циклы зарядки и разрядки аккумулятора могут привести к замыканию электродов, и вследствие этого мы получим возгорание или взрыв. Ярким примером этого может служить случай, произошедший в июле 2013 года в лондонском аэропорту Хитроу. В самолете Boeing 787 Dreamliner произошло самовозгорание, к счастью, на борту на тот момент никого не было, и дело обошлось тем, что пришлось временно закрыть взлетные полосы.

На данный момент перспективной стратегией для решения проблемы литий металлических анодов считается использование для их покрытия взаимосвязанных аморфных полых углеродных наносфер. Что помогает изолировать металлический литий и способствует формированию стабильной интерфазы электролита. В результате такие аккумуляторы на 99 % эффективнее для более чем 150 циклов использования, в то время как современные батареи показывают затухание эффективности уже после 100 циклов.

Шаг в будущее

Одним из устройств, где используются литиево-ионные аккумуляторы, является электромобиль. Сейчас это средство передвижения не может конкурировать с автомобилями оснащенными двигателями внутреннего сгорания, но благодаря новым разработкам ситуация может в корне измениться. Предполагается, что новые аккумуляторы будут не только мощнее старых, но и значительно меньше, что позволит использовать в электромобиле не один, а сразу несколько аккумуляторов. А это, в свою очередь, увеличит возможность перемещаться на значительные расстояния без подзарядки. На данный момент остро стоит проблема замены двигателей, работающих на бензине, альтернативными. Существует масса разработок – двигатели, использующие топливо с водородной основой, биодизельное топливо, сжатый воздух и другие, среди этого разнообразия, благодаря новым возможностям литиево-ионных аккумуляторов, электромобиль будет занимать не последнее место.