Новые литий-ионные батареи на основе обычного песка в три раза эффективнее стандартных

Аноды обычных литий-ионных аккумуляторов изготавливаются из графита, но многие считают, что производительность этого материала достигла своего апогея, что побуждает исследователей искать возможные замены. Большая часть внимания уделяется наноструктурам на основе кремния, но его по-прежнему сложно производить в больших количествах.

Но теперь исследователи из Университета Калифорнии, Риверсайд, преодолели проблемы получения нанокремния, применив несложную технологию обработки песка.

Когда Захари Фаворз, аспирант Калифорнийского университета в Риверсайде, работал над созданием более производительных литий-ионных батарей, то заметил, что пляжный песок в Сан-Клементе, Калифорния, состоит в основном из кварца или диоксида кремния. Выяснив, где в США можно было бы найти песок с высоким процентом кварца, он отобрал несколько проб на берегу водохранилища Сидар Крик в Техасе.

Фаворз начал с измельчения песка до нанометрового масштаба, а затем провёл его через ряд стадий очистки, которые придали ему цвет и текстуру, подобную сахарной пудре. Затем он добавил в очищенный кварц обычную соль и магний и нагрел полученный порошок. В этом очень простом процессе, соль выступала в качестве поглотителя тепла, а магний удалял кислород из кварца – что дало в результате чистый кремний. Более того, его наноструктура сформировалась очень пористой – фактически, это 3D-кремний губчатой консистенции. Пористость является одним из ключевых факторов повышения эффективности анодов батарей, поскольку она обеспечивает большую площадь поверхности и позволяет ионам лития проходить через аноды быстрее.

Команда Фаворза разработала аккумулятор размером с небольшую монету, используя новый анод, и этот аккумулятор уже сейчас значительно превосходит обычные литий-ионных батареи. Производительность нового электрода обеспечивает трёхкратное увеличение времени автономной работы различных устройств, включая мобильные телефоны и электромобили.

Исследователи в настоящее время ищут способ получения нано-кремния в больших количествах, и планируют запустить производство аккумуляторов для мобильных телефонов.