Подарят миру батарейки получше. Элемент питания на основе углеродных нанотрубок

Ученые из Университета Райса продолжают нагнетать: эти парни рассматривают плёнки из углеродных нанотрубок как приятную альтернативу существующим технологиям и считают их логической заменой обычных литий-ионных аккумуляторов.

Команда химика Джеймса Тура (James Tour), как ей видится, решила основную техническую проблему перспективного источника питания. Теперь новые пленки из нанотрубок эффективно тормозят ветвящиеся структуры, которые прорастают естественным образом из незащищенных литиевых металлических анодов внутри углеродной батарейки. Со временем эти дендриты, подобно щупальцам, способны прокалывать электролитическое ядро батареи и достигать катода, после чего батарея отказывает.

Долгое время эта проблема невозмутимо тормозила коммерциализацию перспективной технологии, но, похоже, всё налаживается.

По мнению авторов изобретения, литий-металлические батарейки на основе  углеродных нанотрубок заряжаются намного быстрее и аккумулируют примерно в 10 раз больше энергии, чем литий-ионные собратья.

Что до привычных литий-ионных батареек, они могли бы заряжаться намного быстрее нынешнего, но дендритизм, то есть развитие ветвящихся структур тоже присутствует внутри них. Например, в литий-ионных аккумуляторах он слишком сильно прогрессирует в эксплуатации при быстрой зарядке батареи. И одним из способов замедления роста дендритов в литий-ионных батареях является ограничение скорости их зарядки. Это не может не нравится - люди хотят быстро заряжать свои батарейки.

По мнению руководителя работы, предложенный метод - прост, недорог и очень эффективен для остановки роста дендритов. «Мы покрыли литиевую металлическую фольгу плёнкой на основе одностенных углеродных нанотрубок. Литий поглощает углеродную пленку, которая меняет черный цвет на красный», - говорит Джеймс Тур.

Как показали эксперименты, плёнка из нанотрубок эффективно предотвращает  образование дендритов на катоде в течение 580 циклов зарядки/разрядки батареи.

Во время контакта с потребляющей цепью батарея разряжается и пленка отдаёт ранее поглощённые ею ионы лития, в это же время литиевый анод заполняет освободившиеся место в кристаллической решётке плёнки новыми ионами, этим сохраняется способность углеродной нанопленки сдерживать рост дендрита на поверхности анода.

Поверхность литий-металлического анода после 500 циклов зарядки/разрядки и рост дендрита. Слева — анод, защищённый углеродной наноплёнкой, справа — без защиты.