«Структура с кремниевым ядром»: российские учёные создали наночастицы для аккумуляторов нового типа

Российские учёные разработали метод получения композитных наночастиц из кремния и углерода для аккумуляторов нового поколения. Современные литийионные батареи достигли предела своего развития, поэтому учёные предлагают дополнять их кремниевыми компонентами, чтобы в разы повысить ёмкость аккумулятора. Однако это непростая техническая задача, пока такие батареи мало применяются. Разработка российских учёных поможет сделать такие устройства доступней и эффективней.

• Gettyimages.ru
• © Ekaterina Chizhevskaya

Учёные физического факультета Новосибирского государственного университета в сотрудничестве с коллегами из Института неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН разработали и запатентовали новую методику получения наночастиц из кремния и углерода для аккумуляторов, в разы превышающих по ёмкости обычные литийионные батареи. Об этом RT сообщили в Минобрнауки России.

Как отметили авторы работы, литийионные батареи, которые сейчас задействованы в смартфонах, планшетах, фонариках и другой электронике, нельзя усовершенствовать, так как они достигли пика своего развития. Такие батареи уже не всегда отвечают современным запросам, они имеют относительно небольшую ёмкость заряда и подвержены саморазряду — теряют ёмкость при хранении.

Поэтому во всём мире учёные работают над новым типом литийионных батарей — кремний-углеродными аккумуляторами. Они обладают гораздо большей электрической ёмкостью и подойдут для тонкой и лёгкой техники. Сегодня они уже используются некоторыми производителями в электронике, но редко, поскольку производство таких батарей технологически очень сложное. Кроме того, после нескольких циклов заряда ёмкость кремния очень сильно падает.

• Литийионный аккумулятор
• Gettyimages.ru
• © SweetBunFactory

Авторы исследования нашли решение проблемы. Они получили наночастицы, в которых углеродная оболочка окружает кремниевое ядро. Для создания частиц учёные использовали метод пиролиза — разложения кремний- и углеродсодержащих газов. В циклическом химическом реакторе сжатия (ЦХРС) газы нагревали до высоких температур, при которых происходило их разложение на атомы. За стадией сжатия следовала стадия расширения, в ходе которой из атомов кремния и углерода образуются композитные наночастицы.

«Создание структуры с кремниевым ядром и углеродной оболочкой представляется решением проблемы. Прочная углеродная оболочка должна обеспечить удержание кремния в ядре от разрушения, а её высокая электропроводность обеспечивает высокие электропроводящие характеристики анода (электрод электронного или электротехнического прибора или устройства. — RT)», — рассказал RT сотрудник отдела прикладной физики Физического факультета Новосибирского государственного университета Борис Ездин.

По словам учёных, изобретённый ими метод получения композитных наночастиц более производительный, чем аналоги. Новая методика синтеза позволяет получать более однородные композитные наночастицы по сравнению с другими методами, отмечают авторы исследования. Полученные таким образом частицы могут найти применение при создании батарей, имеющих в разы большую ёмкость, чем традиционные аккумуляторы.

«Наше изобретение может применяться при производстве литийионных аккумуляторов, используемых для питания крупногабаритных электростанций, гибридных и электрических транспортных средств, систем бесперебойного электроснабжения, робототехники и автономных устройств, компьютеров и мобильных телефонов», — подытожил Ездин.

Источник