Физики создали самый ёмкий электрод для аккумулятора

Учёные ухитрились построить из графена нечто вроде нагромождения крохотных кораллов, с многочисленными каналами и пустотами. Авторы уверяют, что в составе батареи этот материал продемонстрирует рекордные свойства.

Исследователи из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) и Принстона (Princeton University) изобрели необычный электрод.

Сочетание электронной микроскопии образца с моделированием на суперкомпьютере показало, что он способен хранить 15 ампер-часов на грамм веса. «Это самый высокий параметр, о котором сообщалось в данной области», — утверждают авторы новинки в статье в Nano Letters.

Нужно пояснить, что разработка предназначена для воздушно-литиевых аккумуляторов (также именуемых литиево-кислородными). Они способны на порядок обойти лучшие литиево-ионные по удельной ёмкости. Пока такие накопители не вышли из стадии экспериментальных, поскольку не решён ряд проблем. В частности, устройства ещё не могут похвастать живучестью.

Зависимость рабочего напряжения (по вертикали, вольты) ячейки от удельной ёмкости электрода (по горизонтали, миллиампер-часы на грамм углерода) (иллюстрация J. Xiao et al./ Nano Letters).

Физики смешали растворитель, связующее, воду и хлопья графена, а затем создали в этой смеси многочисленные мелкие пузырьки воздуха. Они послужили строительными лесами, на которых собрались графеновые частицы и связующее вещество.

После удаления лишних компонентов осталась высокопористая структура, в которой графен сформировал многочисленные сферы диаметром по 3-4 микрометра, причём в стенках сфер имеются отверстия.

Всё вместе это создаёт разветвлённые каналы для доступа кислорода и обеспечивает большое пространство для реакции его с литием.

Новый электрод не использует катализатор (это большой плюс технологии), но показывает высокие параметры только в чистом кислороде. Сейчас команда работает над мембраной, которая позволяла бы проходить к электроду только кислороду, но задерживала бы влагу из воздуха, которая губит подобную батарею, реагируя с литием.

Кроме того, в нынешнем виде электрод не позволяет полностью перезаряжать себя по нескольку раз, но над устранением и этого недостатка тоже работает сейчас команда его создателей.