Нові літій-іонні батареї «дають зелене світло» удосконаленим електромобілям, також вони мають багато інших корисних застосувань.
Все звучить досить просто. Для збільшення ємності сучасних батарей, вченим потрібно замінити вуглецевий кремнієвий анод, за допомогою якого можна запасти в 10 разів більше енергії.
Але чи все так просто, як здається? Ні. Виникли серйозні проблеми при спробах створити кремнієвий анод. Вся річ у тім, що ємність батареї швидко падає з наступними циклами заряду. Це трапляється тому, що кремній розбухає при зарядці і стискається при розрядці, тому виникають тріщини.
Вчені намагаються знайти відповідь у наноструктурах, які можуть впоратися з розширенням матеріалу, але корейські вчені знайшли приголомшливе рішення. Хто б міг подумати, але звичайний рис є джерелом високотехнологічних електронних компонентів.
Вичавлення рисового зерна, яке викидають як відходи після збирання врожаю, містить близько 20% кремнезему. Він утворює шар, що захищає рослину від комах і бактерій, але, разом з тим, досить пористий, тому через нього проходить вода і повітря.
Завдання та цілі
Корейський професор Дае Су Янг зі своєю командою поставили за мету вивчити, чи можна за допомогою природної наноструктури вирішити проблему скорочення ємності.
Найпростіша частина завдання – обробити рисову макуху кислотою та високою температурою. Це видаляє органічні сполуки та метали, залишаючи в макуху 99,9% кремнезему.
Більш складною частиною є перетворення пористої структури кремнезему на кремній. Кремнезем - кремній з'єднаний з двома атомами кисню, які, якраз і потрібно видалити, для того, щоб можна було використовувати матеріал як анод.
Таку техніку випробували на рисі, але, як виявилося, з її допомогою не вдається досягти необхідного результату. Такий процес трохи змінює наноструктуру, створюючи кремнієві стінки, але зберігаючи пори.
Випробування та результати
Перед тим, як випробувати нову структуру кремнію як анод, дослідники нанесли на неї кілька шарів вуглецю, щоб підвищити її провідність. Результати цього експерименту показали, що новий матеріал зберігає повну ємність після 200 циклів зарядки, на додаток, він показує найкращу продуктивність. Пояснюється це тим, що пориста структура надає кремнію вільний простір, у якому може стискатися і розширюватися без деформації.
Передбачається, що в майбутньому рисова макуха перероблятиметься для створення таких анодів. Чи вдасться підвищити масштаби рентабельними методами поки що під питанням, проте потенціал у цієї технології дуже великий.