Эффективный аккумулятор с литиевым анодом

10.08.2014

Исследователи из Стэнфордского университета в США смогли создать эффективный и надежный аккумулятор с литиевым анодом, решив при этом проблемы, которые до этого никто не мог разрешить десятилетиями. Новая разработка позволит в перспективе создавать более легкие, компактные и мощные батареи для смартфонов, ноутбуков, а также электромобилей.

Типичная конструкция аккумулятора включает три основных элемента: анод (положительный электрод), электролит и катод (отрицательный электрод). Сегодня наибольшее распространение получили литий-ионные аккумуляторы, в которых ион лития выступает в качестве переносчика заряда. Анод при этом, как правило, изготавливается из графита. Хотя графит наиболее популярный материал для производства анодов, он далеко не самый эффективный, говорит И Цуй (Yi Cui), процессор Стэнфордского университета по материаловедению и руководитель проекта. Литий является более эффективным.

"Из всех материалов, которые можно применять для производства анодов, литий обладает наибольшим потенциалом, - объясняет ученый. - Он имеет небольшой вес и наиболее высокую энергетическую плотность. С этим материалом можно получить больше мощности на единицу веса и объема. Иначе говоря, можно создавать более легкие, компактные и мощные аккумуляторы". Цуй также говорит, что, согласно его предположениям, литиевый анод в теории способен повысить емкость батареи в 3-4 раза.

Проблема кроется в том, что, прежде всего, литий быстро вступает с электролитом в химическую реакцию, и, кроме того, он в значительной степени увеличивается в размерах при осаждении ионов лития на литиевом аноде, из-за чего происходит деградация аккумулятора.

Как рассказывает руководитель проекта, многие ученые десятилетиями бились над решением данных проблем, которые, наконец, удалось решить его команде, применив один дополнительный элемент - своего рода защитный кожух, закрывающий анод, и представляющий собой сетку из углеродных куполов толщиной 20 нм. Такая сетка предотвращает реакцию лития с электролитом и является в достаточной степени гибкой, чтобы по мере расширения анода растягиваться, не разрушаясь.

Обычно батарею можно начинать массово производить в том случае, если ее кулоновская эффективность (относительный объем лития, сохраняемого на аноде после цикла заряда-разряда) достигает 99,9% и больше, не снижаясь менее этого значения длительное время.

До настоящего времени батареи с литиевым анодом, созданные в условиях лабораторий, показывали кулоновскую эффективность порядка 96%. Причем спустя всего лишь 100 циклов заряда-разряда она падала ниже 50%. Ученым из Стэнфордского университета удалось добиться значения в 99%, которое оставалось таким даже спустя 150 циклов.

<< Назад: Визуальный процессор нового поколения Movidius Myriad 2 10.08.2014

>> Вперед: Уязвимость USB-устройств 09.08.2014

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Лабораторная модель прогнозирования землетрясений 30.11.2025

Предсказание землетрясений остается одной из самых сложных задач геофизики. Несмотря на развитие сейсмологии, ученые все еще не могут точно определить момент начала разрушительного движения разломов. Недавние эксперименты американских исследователей открывают новые горизонты: впервые удалось наблюдать микроскопические изменения в контактной зоне разломов, которые предшествуют землетрясению. Группа под руководством Сильвена Барбота обнаружила, что "реальная площадь контакта" - участки, где поверхности разлома действительно соприкасаются - изменяется за миллисекунды до высвобождения накопленной энергии. "Мы открыли окно в сердце механики землетрясений", - отмечает Барбот. Эти изменения позволяют фиксировать этапы зарождения сейсмического события еще до появления традиционных сейсмических волн. Для наблюдений ученые использовали прозрачные акриловые материалы, через которые можно было отслеживать световые изменения в зоне контакта. В ходе искусственного моделирования примерно 30% ко ...>>

Музыка как естественный анальгетик 30.11.2025

Ученые все активнее исследуют немедикаментозные способы облегчения боли. Одним из перспективных направлений становится использование музыки, которая способна воздействовать на эмоциональное состояние и когнитивное восприятие боли. Новое исследование международной группы специалистов демонстрирует, что даже кратковременное прослушивание любимых композиций может значительно снижать болевые ощущения у пациентов с острой болью в спине. В эксперименте участвовали пациенты, обратившиеся за помощью в отделение неотложной помощи с выраженной болью в спине. Им предлагалось на протяжении десяти минут слушать свои любимые музыкальные треки. Уже после этой короткой сессии врачи фиксировали заметное уменьшение интенсивности боли как в состоянии покоя, так и при движениях. Авторы исследования подчеркивают, что музыка не устраняет саму причину боли. Тем не менее, она воздействует на эмоциональный фон пациента, снижает уровень тревожности и отвлекает внимание, что в сумме приводит к субъективном ...>>

Алкоголь может привести к слобоумию 29.11.2025

Проблема влияния алкоголя на стареющий мозг давно вызывает интерес как у врачей, так и у исследователей когнитивного старения. В последние годы стало очевидно, что границы "безопасного" употребления спиртного размываются, и новое крупное исследование, проведенное международной группой ученых, вновь указывает на это. Работы Оксфордского университета, выполненные совместно с исследователями из Йельского и Кембриджского университетов, показывают: даже небольшие дозы алкоголя способны ускорять когнитивный спад. Команда проанализировала данные более чем 500 тысяч участников из британского биобанка и американской Программы миллионов ветеранов. Дополнительно был выполнен метаанализ сорока пяти исследований, в общей сложности включавших сведения о 2,4 миллиона человек. Такой масштаб позволил оценить не только прямую связь между употреблением спиртного и развитием деменции, но и влияние генетической предрасположенности. Один из наиболее тревожных результатов касается людей с повышенным ге ...>>

Искусственный мозговой матрикс 29.11.2025

Биоинженерия стремительно выходит за пределы традиционной работы с клетками и биоматериалами. Ученые пытаются не просто выращивать ткани, но и воссоздавать механизмы, управляющие жизнью клеток в реальном организме. Одним из наиболее амбициозных направлений стала разработка искусственных матриксов, которые могли бы подменить природную среду и дать исследователям возможность изучать работу мозга без участия биологических компонентов. На этом фоне работа специалистов Калифорнийского университета в Риверсайде представляет собой особенно заметный шаг вперед. В центре их исследования - платформа BIPORES, созданная полностью из синтетических веществ. Цель проекта заключалась в попытке смоделировать сложную, многослойную структуру внеклеточного матрикса, который в настоящем мозге обеспечивает питание, связь и организацию нервных клеток. При этом разработчики сознательно отказались от каких-либо белков, традиционно необходимых для прикрепления клеток, таких как ламинин или фибрин. Это решени ...>>

Ранняя Вселенная не была ледяной 28.11.2025

Понимание того, как формировались первые структуры во Вселенной, требует взгляда в эпохи, в которых не существовало ни звезд, ни галактик, ни привычных нам источников света. Научные группы по всему миру пытаются восстановить картину тех времен при помощи слабейших радиосигналов, оставшихся от водорода, который наполнял космос вскоре после Большого взрыва. Новые результаты, полученные на радиотелескопе Murchison Widefield Array в Австралии, неожиданным образом меняют представление об этих ранних этапах. Сразу после Большого взрыва, произошедшего около 13,8 миллиарда лет назад, пространство стремительно расширялось и остывало. Через несколько сотен тысяч лет образовался нейтральный водород, и началась так называемая эпоха тьмы, когда Вселенная была лишена источников излучения. Лишь значительно позже гравитация собрала газ в плотные области, где зародились первые звезды и ранние черные дыры, а их интенсивное излучение привело к реионизации водорода и окончательному появлению света. ...>>

Случайная новость из Архива Отраженный от планеты свет покажет ее обитаемость 09.03.2012 Три астронома из Чили, Британии и Испании нашли способ определять присутствие жизни на экзопланетах. Эту возможность они обнаружили, наблюдая за отраженным от Луны светом Земли. Ученые доказали, что даже в этом слабом отражении можно найти сильные сигналы, свидетельствующие о протекающих здесь биологических процессах. На сегодня открыто 760 экзопланет. Тяга ученых к охоте за ними объясняется не только чисто научным интересом, но и попытками найти следы жизни, которые можно "вытащить" из света, идущего от них. Здесь много могут дать спектроскопические измерения - обнаружив, скажем, по линиям поглощения или испускания молекулярный кислород или метан в больших количествах, можно уже говорить о признаках жизни. Главная помеха здесь - свет самой звезды, его очень трудно отделить от того же света, отраженного от планеты и намного более слабого. Эта задача трудная, но решаемая, и одно из решений предложило упомянутое трио астрономов - Майкл Стержик из Европейской Южной обсерватории (Чили), Стефано Бангуло из обсерватории Армаг (Британия) и Энрик Палле из Института астрофизики на Канарских островах. Дело в том, что отраженный свет всегда поляризован, а собственный свет звезды не имеет поляризации. На этот счет существует специальная оптическая техника под названием спектрополяриметрия, с ее помощью свет звезды можно вычленить. Именно этим и занимались ученые на "Очень Большом Телескопе" (VLT) в Чили два дня в прошлом году, один в апреле, другой в июне, когда VLT по графику должен был наблюдать за Луной. Они сосредоточились на спектре 500-900 нм, соответствующем видимому свету и самой близкой к нему инфракрасной части. Луна по ночам отражает в основном солнечный свет, но оба дня поляризация была очень сильной - около 10%. Изучая поляризованную часть света, ученые обнаружили узкий пик на длине волны 760 нм, соответствующий присутствию молекулярного кислорода, который в больших количествах выделяется только во время фотосинтеза растений. Еще одну подпись растения оставили на красном краю спектра, на длине около 700 нм - резкий и глубокий провал в этом месте означал присутствие большого количества растительности, которая интенсивно поглощает солнечный свет такой частоты. Иначе говоря, наличие растительности на экзопланете можно определить и с Земли. Сегодня, к сожалению, возможности спектрополяриметрии ограничены лишь наблюдением за газовыми гигантами, да и то - это станет возможным лишь через несколько лет после соответствующего апгрейда самых мощных наземных телескопов. Настоящие поиски жизни на экзопланетах начнутся с 2019-го года, когда НАСА запустит специализированный космический телескоп New Worlds Mission, оснащенный всем необходимым для подобных исследований.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025