В Университете Райса (США) под руководством Цзяня Линя (Jian Lin) создан новый тип анодов для литиевых батарей — той их части, что хранит ионы лития.

Материаловеды использовали графеновые наноленты и оксид олова, добившись при этом существенно большей ёмкости, нежели теоретически возможно для анода на чистом оксиде олова.

После полусотни циклов зарядки-разрядки экспериментальные батареи с графеном в аноде сохраняли вдвое бóльшую ёмкость.

Ключевым компонентом успеха стали наноленты — «развёрнутые» углеродные нанотрубки, созданные впервые в 2009 году. С тех пор их изобретатели из того же вуза успели заявить, что уже отработали методы массового производства графеновых нанолент и теперь активно ищут им применение.

Создавая новую батарею, учёные смешивали углеродные однослойные наноленты с примерно 10-нанометровыми частицами оксида олова и соединяли их при помощи целлюлозного связующего.

Первоначальная ёмкость батареи в первом цикле равнялась 1 520 мА·ч на грамм веса, а после 50 циклов полного заряда и разряда упала до 825 мА·ч/г, что в принципе означает живучесть батареи, сравнимую с нынешними серийными образцами, при выгодно отличающейся ёмкости.

Обычно литиевые ионы в анодах расширяют материалы, в которых находятся. И когда при разряде ионы покидают анод, его материал сжимается. После многочисленных циклов он просто растрескивается, и анод больше не в состоянии удерживать в себе ионы лития.

структура материала
структура материала

Благодаря графеновым нанолентам, «связывающим» частицы олова, те не могут сначала растягиваться, а затем — при выходе ионов из анода — сжиматься, что предотвращает рассыпание материала электрода и продлевает аккумулятору жизнь.

Сейчас исследователи готовят опыты того же рода с оксидами других металлов, надеясь добиться ещё более значимых результатов.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Science.