Bateriile din siliciu vor face maşinile electrice mai accesibile

Capacitatea bateriei este un parametru cheie, care limitează performanțele vehiculelor electrice moderne. În special, anume de capacitatea bateriei depinde kilometrajul maşinii la o singură încărcare. Însă problema nu constă doar în creșterea capacităţii bateriei. Trebuie de găsit o soluţie înalt tehnologică şi eficientă economic (high technology şi low-cost), potrivită pentru producția în masă.

Anume asupra acestei probleme lucrează cercetătorii de la Universitatea Rice. Recent, ei au propus să folosească ca electrod negativ în bateriile cu litiu siliciu în loc de grafit, care va crește capacitatea bateriilor de cel puțin trei ori.

Echipa Rice condusă de inginerul Sibani Lisa Biswal și cercetătorul ştiinţific Madhuri Thakur, a dezvoltat electrozii de siliciu cu până la 600 de cicluri de încărcare-descărcare. Totodată, capacitatea specifică a materialului nou este de 1000 mA-h/g în timp ce electrozii de grafit convenționali, dețin doar nu mai mult de 350 mA-h / g.

Ca parte de cooperare pe termen lung cu Centrul de Nanotehnologii Lockheed Martin la Rice, oamenii de ştiinţă universitari au dezvoltat tehnologia peliculei (filmului) din siliciu poros și au obținut un oarecare succes. Despre faptul că siliciul este mai eficient decât grafitul se ştia de mai mult timp. Dar, atunci când se lucrează cu filme, problema constă în faptul că nano-structurile de siliciu, absorbind ionii de litiu, se umflă de trei ori comparativ cu dimensiunile inițiale. Acest lucru se întâmplă la fiecare încărcare. Ca urmare a expansiunilor şi contracțiilor periodice, electrozii de siliciu se deteriorează rapid. Diverse trucuri la care au recurs cercetătorii au fost eficiente, dar dificile în punerea în aplicare.

O adevărată realizare a fost propunerea lui Madhuri Thakur de a zdrobi filmul într-o pulbere. Nano-structurile poroase de siliciu pisate în pulbere au o suprafaţă exterioară mare. Dacă suprafața particulelor de pulbere de siliciu convențional ajunge la 0.71 de metri pătraţi pe gram de pulbere, apoi la materialul dezvoltat la Universitatea Rice aceasta este de 50 de ori mai mare şi constituie 46 de metri pătraţi de suprafaţă pe fiecare gram de greutate.

Suprafaţa mare permite particulelor să intre în contact cu un număr mare de ioni de litiu, ceea ce înseamnă o capacitate specifică mai mare. Dar, atunci când pulberea absoarbe ionii de litiu nu se produce umflarea electrodului, deoarece între particulele individuale este destul loc liber.

Potrivit lui Madhuri Thakur, pulberea este ușoară în fabricare și utilizare pentru a crea o baterie. Materialul este eficient economic și asigură o concentrație de energie la un număr mare de cicluri de încărcare-descărcare.

Indicele de capacitate specifică de 1000 mAh pe fiecare gram de substanță, a fost obţinut practic în condiţii de laborator. Cercetătorii au fabricat o jumătate de celulă de baterie la care electrodul pozitiv este făcut din metal litiu. Dar, în ciuda faptului că această valoare este de trei ori mai mare decât la electrozii de grafit, ea, după cum presupun oamenii de ştiinţă, constituie doar o treime din capacitatea teoretică.

Oamenii de știință planifică să creeze și să testeze o baterie completă, precum și să efectueze experimente folosind un catod din materiale noi avansate, cum ar fi oxidul de cobalt.

Autor: Alexei Norkin 

Sursa: facepla.net