Фото: МФТИ Медная фольга после перфорации лазерным оборудованием с отверстиями диаметром от 250 до 500 мкм.
тестовый баннер под заглавное изображение
Электромобили, дроны, портативная электроника – работу всех этих устройств обеспечивают литий-ионные аккумуляторы. Емкость самых распространенных сейчас батареек с графитовым анодом (отрицательным электродом) уже достигает теоретического предела, а потребность в энергии только растёт.
Справка «МК»: как работает литий-ионный аккумулятор. Зарядка и разрядка батарейки происходят за счет перемещения ионов лития между катодом (положительным электродом) и его антиподом – анодом. Во время зарядки ионы лития перемещаются от катода к аноду, а во время разрядки – от анода к катоду.
Выйти за этот предел, к примеру, раза в полтора увеличить емкость литий-ионных батарей, вполне реально, если заменить традиционный графитовый анод на анод с кремнием. В этот материал может войти в примерно в 10 раз больше ионов лития, чем в графит, он быстро заряжается, работает при низких температурах и позволяет создавать тонкие и компактные устройства.
Но есть проблема: применение кремния в батарейках ограничено из-за быстрой его деградации в процессе зарядки и разрядки. Когда частицы кремния поглощают и отдают ионы лития, анод сильно разбухает, увеличивается в объёме в три-четыре раза, а затем сжимается. Это быстро приводит к появлению трещин, отслаиванию, и аккумулятор довольно быстро выходит из строя. Хватает буквально десятка перезарядок такого аккумулятора, чтобы он перестал работать.
Учёные МФТИ нашли простое и в то же время оригинальное решение: они поменяли не состав кремниевого анода, а конструкцию его токосъемной подложки (она размещается между слоями кремния). Вместо сплошной металлической фольги инженеры использовали фольгу с отверстиями диаметром 250 и 500 микрометров (0,25 и 0,5 миллиметра).
Образец подложки из медной фольги с отверстиями.
