АСФАЛЬТ БУДЕТ ЗАРЯЖАТЬ ЛИТИЕВЫЕ БАТАРЕИ ЗА 5 МИНУТ

07.05.2018

Новость о том, что литиевые батареи смогут заряжаться от асфальта за пять минут, вызывает множество спорных вопросов. Попробуем разобраться, насколько обнадёживающе научное заявление.

Литиевые батареи смогут заряжаться за пять минут благодаря асфальту, который может стать решением для создания батарей большой ёмкости. Такие батареи заряжаются в 20 раз быстрее, чем коммерческие литий-ионные батареи.

Учёные из исследовательского университета Уильяма Марша Райса, расположенного в Хьюстоне, создали анод с добавлением пористого углерода из асфальта, который показал исключительную стабильность после более чем 500 циклов заряда-разряда. Плотность в 20 миллиампер на квадратный сантиметр продемонстрировала возможность использования нового материала в устройствах быстрой зарядки, требующих большой мощности.

Ранее в лаборатории Тура использовалась производная асфальта — необработанный гильсонит, используемый для сбора парниковых газов из природного газа. На этот раз исследователи смешали асфальт с проводящими элементами графена и покрыли ими литий методом электрохимического осаждения. Во время тестирования анод объединили с карбонизированным углеродным катодом, чтобы полностью зарядить батареи. Они показали очень высокую энергоёмкость — 943 Вт*ч на килограмм.

Углерод смягчил образование литиевых дендритов - мшистых отложений, образующихся в электролите батареи. Если их будет слишком много, то возможно замыкание анода и катода, что приведет к возгоранию и даже взрыву батареи. Однако углерод, полученный из асфальта, предотвращает образование дендрита и делает использование литиевых батарей более безопасным.

А теперь, обратим внимание на то, что в качестве катода использовался специальный серосодержащий материал на основе углерода. Именно он позволил и достичь показателя в 943 Вт*ч на килограмм. В традиционных литий-ионных батареях ограничением в энергоёмкости аккумулятора является именно катод, поскольку у того же литий-кобальта чуть количество энергии выше 160 мА*ч на грамм (у трёхосновных катодов на основе никеля, кобальта, марганца может быть и 180 мА*ч на грамм).

Учёные нашли весьма интересный компонент асфальта, на основе которого действительно можно сделать энергоёмкую батарейку. Однако, во-первых, не указана истинная ёмкость данного анодного материала. Во-вторых, что касается дендритов на поверхности этого материала: дендриты растут из лития только в том случае, если они не проникают внутрь структуры материала. Отсюда вопрос: является ли электрохимически активным этот материл или он создаёт развитую поверхность, на которой происходит равномерное осаждение ионов лития? Стопроцентные проблемы возникнут при взаимоотношении чистого лития с электролитом, что к тому, что энергоёмкость во времени при ресурсе и всех показателях будет сильно снижаться.

Что касается тока отдачи, то необходимо учесть, что аккумулятор – это замкнутая система, в которой все компоненты должны соответствовать требованиям высокой мощности отдачи. В противном случае, если одно звено системы не будет работать, то и вся система будет ограничена только одним показателем. Необходимо обращать внимание на то, что если мы говорим про высокоэнергоёмкие аноды на основе углерода, то у них должна быть огромная площадь поверхности, очень высокая электропроводность и крайне низкий потенциал интеркаляции лития в структуру.

В статье не указана энергоёмкость, а, между тем, у углеродных материалов энергоёмкость порядка 360 мА*ч на грамм. Это обусловлено именно тем, что литий входит в структуру между двумя гексаэдрами атомов углерода, т.е. 1 атом лития окружают 12 атомов углерода. Если мы говорим про графен, в котором присутствует монослой атомов углерода, то в его структуре на 1 атом лития приходится 6 атомов в окружении углерода. Поэтому вполне вероятна удвоенная ёмкость от обычных углеродных материалов.

Новость, конечно, потрясающая, однако исследование требует доскональной проверки. Особенно в отношении дендритов, поскольку они могут оказать существенное негативное влияние. Применение ресурсного катода на основе серы может дать очень хорошее решение, но на текущий момент доказательств и проверочных цифр того материала на основе асфальта, который учёные нашли, недостаточно.

Автор статьи: Александр Логинов

Присоединяйтесь к нам:

Facebook: Энергоэлемент facebook.com/energoelement/

Instagram: energo-element

Вконтакте: vk.com/energoelement2010

Telegram: Энергоэлемент t.me/energoeleme

Twitter: Энергоэлемент @energoelement

Одноклассники: group/53724617703565

YouTube: ООО Энергоэлемент