В традиционных литий-ионных аккумуляторах в качестве анода обычно используется графит. Однако графит, представляющий собой кристаллическую форму углерода, способен накапливать лишь около 370 миллиампер-часов лития на грамм. Этот предельный уровень энергии долгое время ограничивал возможности современных аккумуляторов. Кремний же теоретически может хранить до 4200 мА*ч на грамм, то есть, более чем в 10 раз больше графита.

Поскольку стоимость кремния и графита примерно одинакова, кремний представляет собой перспективное решение для создания доступных высокоэнергетических аккумуляторов. Однако, поглощая литий, кремний увеличивается в объеме до 300%. Это расширение приводит к появлению трещин, расслоению и быстрому выходу аккумулятора из строя. За последнее десятилетие исследователи пробовали использовать наноструктуры, тонкие пленки и композитные смеси, но масштабирование этих подходов для массового производства остается сложной задачей.

В качестве решения этой проблемы немецкие исследователи разработали кремниевые аноды, нанесенных не на жесткую металлическую фольгу, а на гибкие электропроводящие нетканые волокна. Они служат для компенсации изменений объема кремния, одновременно помогая избежать трещин и расслоения, которые обычно возникают во время зарядки и разрядки, пишет IE.

Цель исследователей — достичь практической емкости не менее 1000 мА*ч/г, что, в свою очередь, увеличит фактическую плотность энергии анода как минимум на 250%.

«Это позволит создать мощные, долговечные и экологичные аккумуляторы и внесет важный вклад в укрепление конкурентоспособности региона», — говорится в пресс-релизе.

Разработчики уже начали интегрировать новые аноды в небольшие испытательные ячейки для оценки их эффективности. На следующем этапе будут проведены анализ, доработка и масштабирование производственных процессов для изготовления крупных аккумуляторных элементов, например, тех, которые используются в электромобилях.

Исследовательская команда из Южной Кореи разработала технологию, которая значительно повышает стабильность сверхтонких металлических анодов толщиной всего 20 мкм. Новый метод с использованием электролитных добавок решает проблемы низкого срока службы и небезопасности литий-металлических батарей.