Аноды из асфальта идеально подходят для литий-металлических батарей

Москва, 16:51, 02 Окт 2017, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.

По словам ученых Университета Райса, электрический контакт из асфальта может стать основой для литий-металлических батарей большой емкости, которые заряжаются в 10-20 раз быстрее, чем современные литий-ионные батареи.

Лаборатория химика Джеймса Тура разработала аноды, содержащие пористый углерод из асфальта, который показал исключительную стабильность после более чем 500 циклов заряда-разряда. Высокая плотность тока в 20 миллиампер на квадратный сантиметр продемонстрировала перспективы материала для использования в устройствах быстрой зарядки и разрядки, которые требуют высокой плотности мощности.

 «Емкость этих батарей огромна, но самое замечательное, что мы можем довести их от нулевого заряда до полной зарядки через пять минут, вместо типичных двух часов или более, необходимых для других батарей», — сказал Тур.

Аноды из асфальта под электронным микроскопом
Слева — после обработки в лаборатории, справа — без обработки

Ранее в лаборатории использовалась производная от асфальта, в частности, необработанный гильсонит, то же самое вещество, которое используется в батареях для сбора парниковых газов. На этот раз исследователи смешали асфальт с проводящими наночастицами графена и покрыли композит металлическим литием посредством электрохимического осаждения.

Лаборатория объединила анод с карбонизированным углеродным катодом, чтобы полностью зарядить батареи для тестирования. Батареи показали плотность мощности в 1332 Вт на килограмм и плотность энергии 943 Вт/ч на килограмм.

Тестирование показало еще одно существенное преимущество: углерод смягчил образование литиевых дендритов. Эти мшистые отложения вторгаются в электролит батареи. Если они расширяются достаточно далеко, то замыкают анод и катод и могут привести к сбою батареи, возгоранию или взрыву. Но углерод, полученный из асфальта, предотвращает образование дендрита.

Более ранний проект лаборатории показал, что анод из графена и углеродных нанотрубок также препятствовал образованию дендритов. Джеймс Тур сказал, что новый композит проще.

«В то время как емкость между прежней и этой новой батареей аналогична, приближаясь к теоретическому пределу литиевого металла, новый углерод, полученный из асфальта, может поглощать больше литиевого металла на единицу площади, и он гораздо проще и дешевле», — сказал Тур. «Не существует стадии химического осаждения из паровой фазы, нет стадии осаждения электронного луча и нет необходимости выращивать нанотрубки из графена, поэтому производство значительно упрощается».