Однією з проблем при переході від бензину до електромобілів (EV) є запас ходу. Як далеко можна проїхати на одному заряді? Дослідники вважають, що у них є формула, яка значно розширює традиційний дизайн. Вони стверджують, що зможуть збільшити середній запас ходу електромобілів понад 1000 кілометрів (600 миль). Секрет – у кремнії.
Кремній вважається інтригуючим елементом для поєднання з архітектурою акумуляторів через його широку доступність у всьому світі. Але кремній має неприємну властивість розширюватися під час заряджання. Кремнієві елементи можуть потроїтися в розмірі під час процесу заряджання, а потім знову зменшитися. Як ви можете собі уявити, елементи акумулятора, що швидко розширюються, не дуже популярні серед інженерів, незважаючи на їхні позитивні сторони.
Саме з цих причин розглядається можливість використання кремнію в акумуляторах у вигляді наночастинок, що приносить багато переваг при одночасному зменшенні недоліків. Однак з’являються нові недоліки, оскільки виробництво цих наночастинок є набагато складнішим процесом з набагато вищою вартістю.
Дослідники з Пхоханського університету науки і технологій у Південній Кореї вирішили працювати над кремнієвими частинками, які приблизно в 1 000 разів більші, переходячи від нано- до мікромасштабу. Їх легше і дешевше виробляти, і вони мають вищу щільність енергії. Розширення є головною проблемою при такому розмірі, але команда придумала, як її вирішити.
Вони використовували полімерний гель-електроліт, який може деформуватися в процесі заряджання, змінюючи розмір кремнію. Але просто занурити кремнієві частинки в гель не допоможе, вони повинні бути хімічно зв’язані. Тому суміш гелю і мікрочастинок опромінювали електронним пучком. Це створило ковалентні зв’язки між ними, що забезпечило кращу стабільність, одночасно подбавши про ефекти розширення.
Продуктивність батареї була стабільною і демонструвала властивості, порівнянні зі стандартними літій-іонними батареями, з додатковою перевагою у вигляді 40-відсоткового збільшення щільності енергії.
“Ми використовували мікрокремнієвий анод, але отримали стабільну батарею. Це дослідження наближає нас до справжньої літій-іонної акумуляторної системи з високою щільністю енергії”, – сказав професор Сеоджин Пак у своїй заяві.
Команда стверджує, що процес виробництва такої батареї настільки простий, що цей підхід готовий до негайного застосування. Було б цікаво подивитися, як цей підхід насправді працює в повнорозмірній акумуляторній системі.
