Разработана новая конструкция литий-ионной батареи с повышенной ёмкостью

Исследователи Университета Суррея представили новую конструкцию литий-ионной батареи, способную повысить ёмкость накопления энергии и увеличить срок службы аккумуляторов.

Разработка описана в журнале ACS Applied Energy Materials и основана на использовании анода с вертикально интегрированной структурой кремния и углеродных нанотрубок (VISiCNT).

Современные литий-ионные батареи, применяемые в электронике и электромобилях, чаще всего используют графитовые аноды. Они отличаются стабильностью, однако ограничены по ёмкости — около 370 мА·ч на грамм. Кремний способен накапливать значительно больше энергии, но при зарядке увеличивается в объёме, что приводит к разрушению материала и снижению срока службы батареи.

Предложенная конструкция решает эту проблему за счёт формирования каркаса из углеродных нанотрубок, выращенных непосредственно на медной подложке. Поверх них наносится тонкий слой кремния. Такая структура позволяет компенсировать расширение материала при зарядке и сохранять стабильность в течение большого числа циклов.

В лабораторных испытаниях анод продемонстрировал ёмкость более 3500 мА·ч на грамм, что значительно превышает показатели традиционных графитовых решений. При этом сохраняется стабильная работа в ходе многократных циклов зарядки и разрядки.

Как отметил ведущий автор исследования Мухаммад Ахмад, новая конструкция позволяет использовать высокий потенциал кремния без существенного снижения долговечности аккумуляторов.

Дополнительным преимуществом технологии является её совместимость с существующими производственными процессами. Углеродные нанотрубки формируются непосредственно на медной фольге — материале, уже используемом в коммерческих батареях, что потенциально упрощает масштабирование.

По словам руководителя проекта Рави Сильвы, предложенный подход может быть интегрирован в существующие линии производства аккумуляторов без значительных изменений.

Разработчики отмечают, что технология может применяться не только в электромобилях, но и в системах хранения энергии, а также в портативной электронике.