Language
Country/Area
No result found
Будущее нанобатарей: почему кремниевые нанопровода могут стать новой звездой среди батарей?
За последние несколько лет развитие технологии нанобатарей соответствовало быстрому росту мирового спроса на решения по хранению энергии, особенно в связи с ростом популярности электромобилей и возобновляемых источников энергии. В нанобатареях используются нанопроволоки для увеличения площади поверхности электродов батареи, что значительно повышает емкость батареи. Хотя были предложены варианты литий-ионных аккумуляторов на основе кремния, тантала и оксидов переходных металлов, они пока не были запущены в коммерческое производство.
Эти новые батареи представляют собой замену традиционному графитовому отрицательному электроду и могут значительно улучшить производительность батареи.
Кремний: новый любимец среди батарей
Кремниевые материалы высоко ценятся за их разрядное напряжение и сверхвысокую теоретическую зарядную емкость и могут стать идеальным выбором для будущих отрицательных электродов литиевых аккумуляторов. Согласно исследованию, теоретическая емкость кремния почти в десять раз превышает емкость стандартного графитового анода, используемого в настоящее время в промышленности. Формат нанопроволоки помогает дополнительно улучшить эти свойства, поскольку он увеличивает площадь поверхности, контактирующей с электролитом, тем самым увеличивая плотность мощности и обеспечивая более быструю зарядку и разрядку.
Хотя кремний может расширяться на 400 процентов во время зарядки и в конечном итоге выпадать в осадок, конструкция нанопроволоки может эффективно смягчить этот недостаток.
Повреждение кремниевых нанопроводов в основном происходит из-за изменения объема в процессе зарядки, что приводит к образованию трещин и в конечном итоге проявляется в потере емкости. Однако малый диаметр нанопроводов эффективно снижает ущерб, вызванный этим расширением, позволяя им служить прямыми каналами для переноса заряда при подключении к токосъемникам, по сравнению с перемещением частиц друг за другом, необходимым для электродов на основе частиц. эффективность значительно повышается.
Потенциал германия
Еще одним преимуществом германиевых нанопроводов является их высокая теоретическая емкость и превосходные характеристики в процессе внедрения лития. Хотя тантал также расширяется и разлагается при зарядке, он может вводить литий в 400 раз эффективнее кремния, что делает его более привлекательным материалом для отрицательного электрода. Говорят, что германий-ионные нанопровода сохраняют емкость 900 мАч/г после 1100 циклов заряда и разряда.
Применение оксидов переходных металлов
Оксиды переходных металлов (ОПМ), такие как Cr2O3, Fe2O3 и т. д., имеют много преимуществ по сравнению с традиционными материалами для аккумуляторов, они являются экологически чистыми и нетоксичными вариантами. Высокая теоретическая энергоемкость этих материалов делает их кандидатами для литий-ионных аккумуляторов. Исследования показали, что нанопровода, изготовленные с использованием TMO, имеют большой потенциал в качестве электродов аккумуляторов, а эксперименты показали, что они могут обеспечивать стабильную выходную мощность и длительный срок службы.
Например, последние исследования с использованием нанопроводов PbO2 показали, что они могут сохранять стабильную емкость 190 мАч/г после 1000 циклов заряда и разряда, что указывает на то, что материал может стать отличной заменой свинцово-кислотным аккумуляторам. .
Инновации в области золотых нанопроводов
В 2016 году исследовательская группа Калифорнийского университета в Ирвайне анонсировала новый материал нанопроволоки, который может выдерживать более 200 000 циклов зарядки без каких-либо физических поломок. Ожидается, что появление этой технологии будет способствовать разработке долговечных аккумуляторов, благодаря чему батареи многих электронных устройств больше не будут нуждаться в замене.
Взгляд в будущее
Хотя многие типы нанобатарей показали превосходную производительность, они по-прежнему сталкиваются с такими проблемами, как хрупкость и стабильность материала. По мере углубления исследований нанобатареи в будущем могут быть коммерциализированы и полностью изменить наше представление о технологии аккумуляторов. Теперь, по мере развития технологии нанобатарей, нам следует задуматься над вопросом: смогут ли нанобатареи стать основным выбором в будущих решениях по хранению энергии?
