Кубанский государственный технологический университет

Водоросли повысят емкость аккумуляторов для мобильников в 10 раз

08-12-2011
Емкость литий-ионных батарей, широко используемых в производстве мобильных телефонов, ноутбуков и других портативных устройств, можно повысить в 8-10 раз путем замены графитных электродов на электроды из оксида кремния. Однако, к сожалению, современные версии таких электродов быстро разрушаются при перезарядке батареи.

Исследователи технологического института Джорджии и университета Клемсона придумали, как решить эту проблему с помощью желирующего агента альгината, выделяемого из бурых водорослей.

Литий-ионные батареи заряжаются путем накопления на аноде (отрицательно заряженном электроде) ионов, которые во время использования мигрируют через раствор электролита на катод (положительно заряженный электрод). Традиционно аноды изготавливают смешиванием электроактивного порошка графита с вяжущим полимером - обычно поливинилиденфторидом (ПВДФ), - растворенным в растворителе N-метилпирролидоне. Получающуюся в результате кашицу наносят на проводящую электрический ток металлическую фольгу и высушивают.

Вещество, выделяемое из бурых водорослей, позволит повысить емкость литий-ионных батарей в 8-10 раз

Если в качестве электроактивного порошка использовать частицы оксида кремния, анод может удерживать гораздо больше ионов. Однако по мере зарядки батареи такой анод увеличивается в размерах в 3-4 раза, в результате чего в поливинилиденфториде появляются трещины, постепенно разрушающие анод. Исследователи предложили заменить поливинилиденфторид альгинатом, не трескающимся даже при значительном увеличении размеров. Емкость созданных им экспериментальных анодов превышает емкость лучших графитовых анодов в 8 раз.

Полимер альгинат изготавливается из бурых водорослей и широко используется в качестве желирующего агента, в том числе в пищевой промышленности. По словам одного из разработчиков Глеба Юшина (Gleb Yushin), исследователи обратили свое внимание на морские водоросли из тех соображений, что эти растения изначально погружены в раствор электролита, поэтому использование их компонентов позволит избежать нежелательных побочных реакций.

Еще одним преимуществом альгината перед поливинилиденфторидом является его растворимость в воде, позволяющая отказаться от использования N-метилпирролидона, что не только удешевляет процесс производства анодов, но и делает его более безопасным с экологической точки зрения. Исследователи считают, что использование альгината может повысить эффективность и традиционных графитных электродов, увеличив допустимое количество циклов зарядки и разрядки батареи.

Потенциал анодов из оксида кремния невозможно оценить полностью, так как на сегодняшний день не существует катода, способного принять аккумулируемое ими количество ионов лития. Однако, даже в комбинации с существующими катодами, аноды из оксида кремния и альгината повышают емкость литий-ионных батарей на 30-40%.

Читайте на CNews Эмоции по команде: как людей делают счастливыми Нужна ли сертификация ИТ-специалистов для СМБ? ИТ-услуги для малого бизнеса: цунами приближаетс