Ученые из Корейского института передовых технологий нашли способ защитить перспективные аккумуляторы с кремниевыми анодами от деградации. Для этого они использовали молекулярные «стяжки» из полиротаксановых молекул, которые не дают кремниевым частицам анода распасться на части. Аккумуляторы с кремниевым анодом смогут запасать в несколько раз больше энергии по сравнению с существующими аналогами. Ученые заявляют, что уже работают над возможным внедрением их изобретения с крупным корейским производителем аккумуляторов. Исследование опубликовано в журнале Science, кратко о нем сообщает издание The Verge.
Распространенные литий-ионные аккумуляторы состоят из литиевого катода и графитового анода. Во время зарядки литиевые ионы переходят на анод, во время разрядки в обратном направлении. Но у графитового анода есть перспективная альтернатива — кремний. Он может запасать в несколько раз больше энергии, но у такого материала есть недостаток: во время зарядки он расширяется в несколько раз и трескается. Из-за этого ресурс таких аккумуляторов сильно падает уже после десятков циклов зарядки-разрядки, что очевидно недостаточно для повсеместного применения.
Корейские ученые нашли способ, как удержать микрочастицы кремния в аноде. Для этого они прикрепили к аноду сетку из полиротаксановых молекул. Они состоят из молекулы-нити и «нанизанных» на нее молекул-колец. Некоторые кольца были соединены с нитями. Таким образом на поверхности кремния была создана молекулярная сетка, которая давала ему расширяться, но при этом стягивала его обратно и таким образом не давала распадаться.
Благодаря этому у прототипа батареи с таким анодом эффективность практически не снижается после более чем ста циклов зарядки-разрядки. Несмотря на довольно сложную конструкцию анода, ученые надеются, что им удастся доработать его технологию производства для широкого внедрения. Они утверждают, что уже находятся в партнерстве с неназванным «крупным корейским производителем аккумуляторов».
Ученые постоянно работают над совершенствованием аккумуляторов, в частности их анодов. В 2016 году американские ученые также заменили графитовый анод, но не на кремний, а на модифицированные наночастицами волокна грибов. Другая группа ученых в том же году предложила использовать в качестве материала анода пыльцу, а индийские ученые предложили делать аноды из копоти от свечей.
Григорий Копиев