Продовжуючи розпочату тему в попередній статті про інтенсивний розвиток ВДЕ в енергетичній галузі, не можна не торкнутися теми накопичення і збереження енергії. Зрозуміло, що сонце світить тільки вдень, а вітер дме, коли захоче. І на порядок денний виходить питання про збереження виробленої енергії сонячними і вітровими електростанціями.

Як відомо, в якості накопичувачів застосовуються сучасні літій-іонні акумулятори (АКБ). Однак, сьогоднішні технології виготовлення АКБ відстають від необхідного попиту за наявністю двох головних недоліків: обмежена ємність і тривала зарядка. Необхідні нові технології з виготовлення літієвих батарей.

Над розробкою таких технологій постійно працюють вчені всього світу. Одним з останніх досягнень щодо вдосконалення технології виготовлення накопичувачів енергії, стало відкриття вчених Університету Райса (Техас, США), що створили літій-металевий акумулятор з ємністю, в 3 рази перевищує комерційні АКБ. Це стало можливим завдяки рішенню проблеми з дендритами, кристалічними структурами, що утворюються в електроліті, здатними викликати загоряння і навіть вибух.

Новий акумулятор зберігає літій в унікальному аноді, гібриді графена і вуглецевих нанотрубок. Вперше він був створений фахівцями зазначеного наукової установи в 2012 році і являє з себе, тривимірну вуглецеву поверхню, на якій досить місця для літію. Сам анод наближається до теоретичного максимуму зберігання літій-металу, при цьому протидіє утворенню кристалічних дендритів і «мшиста» відкладень.

Відзначимо, що дендрити не дозволяють замінити літій-іонні батареї більш ефективними літій-металевими, які працюють довше і заряджаються швидше. Це відкладення літію, які вростають в електроліт акумулятора. Іноді вони з'єднують анод з катодом і створюють коротке замикання. Батарея може вийти з ладу, спалахнути або навіть вибухнути.

На схемі показані вуглецеві нанотрубки, ковалентно пов'язані з графенових субстратом. Матеріал, створений в Університеті Райса, тестується як анод для літієвих металевих батарей великої ємності.

Хіміки під керівництвом Джеймса Тура виявили, що коли заряджаються нові батареї, літій-метал рівномірно покриває високопровідного гібрид вуглецю, в якому нанотрубки ковалентно з'єднані з поверхнею графена. «Ліс» з нанотрубок на аноді, завдяки своїй низькій щільності і великої поверхні, дозволяє частинкам літію вільно проходити туди і назад під час зарядки і розрядки. Літій розподіляється рівномірно і пригнічує ріст дендритів.

Хоча ємність батареї-прототипу обмежена катодом, анодний матеріал досягає ємності 3,351 міліампер на годину на грам, що є майже теоретичним максимумом, стверджує Тур. Через низької щільності поверхні з нанотрубок здатність літію покривати всі аж до підстави забезпечує максимальне використання доступних обсягів.

Ємність таких нових літієвих батарей може бути дуже великий, і, що цікаво, вони дозволяють здійснювати повний заряд всього за п'ять хвилин. У той час як зарядка звичайних батарей займає більше двох годин », - говорить Джеймс Тур.

Для випробування анода вчені зібрали повноцінну батарею з сірчаними катодами, яка зберегла 80% ємності після більш 500 циклів зарядки / розрядки, що становить приблизно два роки звичайного використання телефону, розповідає Тур. Перевірки за допомогою електронного мікроскопа не виявлено ознак дендритів на поверхні анода. джерело

* На фото "зображення записи" знімок електронного мікроскопа показує вуглецеву нанотрубку, рівномірно вкриту літієвим металом. Тести на аноді графенових-вуглецевої нанотрубки, створені в Університеті Райса, показують, що він протистоїть утворенню літієвих дендритів, які можуть пошкодити батареї.

Спасибі за прочитання. Якщо вам сподобалося, будь ласка, поділіться з друзями і в коментарях черкніте пару слів своєї думки.