Выпускающий редактор Geektimes
68,1
рейтинг
8 апреля 2013 в 23:22

Оловянные нанокристаллы увеличивают энергоёмкость батареи


На фотографии: монодисперсная система оловянных частиц под электронным микроскопом.

Группа ученых под руководством Максима Коваленко из лаборатории неорганической химии в Швейцарской высшей технической школе Цюриха и Швейцарской федеральной лаборатории материаловедения и технологий смогли получить новый тип наноматериала, помогающий сохранить в литиевом аккумуляторе значительно больше энергии.

Наноматериал состоит из крошечных фрагментов олова, которые закрепляются на аноде аккумулятора, его отрицательном полюсе. Принцип действия достаточно прост: при заряде батареи ионы лития поглощаются электродом, а во время работы и её разрядки они выпускаются обратно. Как объясняет сам Коваленко, чем больше ионов поглощается в процессе такого «дыхания», тем больше энергии может быть сохранено в аккумуляторе.

Выбор элемента для построения наноматериала был продиктован тем, что каждый атом олова может поглощать до четырёх ионов атомов лития. Здесь, однако, возникает проблема физического размера: кристалл олова увеличивается в размерах до трёх раз при поглощении ионов и уменьшается при их отдаче.

Именно поэтому исследователи решили использовать нанотехнологии, чтобы произвести мельчайшие нанокристаллы олова и встроить их в углеродную матрицу для получения пористого токопроводящего материала электрода. Словно губка воду этот материал захватывает и удерживает ионы лития во время зарядки и выпускает их во время работы аккумулятора. Если бы анод был сделан из цельного куска олова, подобного эффекта пронаблюдать не удалось бы.

Во время разработки возникали проблемы определения идеального размера и создания однотипных, похожих друг на друга нанокристаллов. Последний вопрос был решён путём регулирования температуры и времени фазы роста кристаллов. Учёный с немецкой фамилией Коваленко хвастается, что его группе первой удалось создать нанокристаллы с такой точностью.

По сравнению с батареями с обычными электродами обещается двухкратный прирост хранимой энергии. Аккумуляторы с нанокристаллами не имели особых преимуществ при первых разрядке и зарядке, но уже после нескольких циклов работы различия, вызванные десятинанометровыми кристаллами на электродах, стали явными.

На данный момент был выяснен оптимальный размер нанокристаллов, и теперь команда хочет достичь знания о других максимально производительных компонентах: лучшей углеродной матрице, лучшем связывающем веществе для электродов, лучшей микроскопической структуре электродов, идеальнейшем электролите. Также учёные будут прорабатывать и вопросы стоимости своих решений.

Элементы питания со значительно большей емкостью могут стать приятной новостью не только для владельцев и производителей портативной бытовой электроники, но и для индустрии электромобилей. Относительно легкие и портативные литий-ионные батареи сегодня используются не только в телефонах, смартфонах, ноутбуках, но и в электрических автомобилях и мотоциклах. В частности, в разработке более эффективных элементов питания для электромобилей заинтересовано Министерство энергетики США.
По материалам phys.org и публикации Monodisperse and Inorganically Capped Sn and Sn/SnO2 Nanocrystals for High-Performance Li-Ion Battery Anodes.
Анатолий Будько @atomlib
карма
290,0
рейтинг 68,1
Выпускающий редактор Geektimes
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама

Самое читаемое

Комментарии (37)

  • +15
    Наконец-то проблески прорыва в аккумуляторах. Для телефонов такой тип батарей наверное будет стоит очень дорого.
    • +5
      Прорыв: Новый Samsung Galaxy S7 теперь всего 4,24 мм толщиной — это на 0,01 мм тоньше, чем Apple iPhone 7S!
      • +2
        Телефоны с такими акб будут толщиной в 0.5 мм. Теперь резать хлеб будет одно удовольствие!
        • +2
          А так же появялся предупреждающие надписи с целью превентировать отрезания кривых рук.
          • +2
            Дважды подумаешь стоит ли ловить выскользнувший из руки телефон =)
    • +9
      Такие проблески мелькают достаточно часто последнее время, при этом обещают прирост емкости более чем в два раза и живучесть в 3-4-5 раз. Но пока коммерческой реализации не видно ни одной из технологий. Скорее бы уже.
    • +2
      Про всякие новые проблески прорывов в аккумуляторах как минимум несколько раз год читаю. А воз как-то не особо заметно чтобы двигался.
      • +2
        Я вижу. Была у меня батарея 48V 10A 8 кг. Теперь батарея 48V 20A те-же 8 кг.

        На телефонах это не так заметно — производитель нашел оптимальное время работы от одного заряда — около суток. И всю «избыточную» энергию новых батарей пускает на уменьшение габаритов, на новые возможности, которые мы через несколько дней начинаем считать чем-то самособой разумеющимся, хотя пару лет назад этого в наших аппаратах не было или оно садило батарею за минуты.
        • +1
          >Я вижу. Была у меня батарея 48V 10A 8 кг. Теперь батарея 48V 20A те-же 8 кг.
          И та и та одного типа(какого)? Сколько лет между покупкой первой и второй?

          >На телефонах это не так заметно
          Смотрите не только на характеристики, но и на размеры этих более мощных аккумуляторов. Они существенно больше. Нет, я не отрицаю что какие-то изменения есть, но они слишком медленные. При этом про новые «революционные» технологии увеличения емкости по нескольку раз в год в новостях печатают.
          • +1
            Между покупкой чуть больше года. Батарея литиевая.

            Размеры при той-же мощности уменьшаются. С этого мы имеем тонкие плоские аппараты. А не тот кирпичик, которым был мой Mio.

            Я не хочу тут доказывать, что у нас в батареях прорыв за прорывом, но и на месте они не стоят. Но до рынка дойдет 1-2 технологии, хотя могут заявлять и десяток. Но они не перемножаются одна на другую! Они конкурируют и выживает 1-2 и даже не самые перспективные.

            Но если бы я попытался проделать на своём аппарате 2009 года, то что легко и не думаю делаю на сегодняшнем — я бы остался без заряда минут через 20-ть.
            • +1
              >Размеры при той-же мощности уменьшаются.
              Уменьшается толщина аппарата а не батареи. Электроника становится компактнее, и все. Сравнил вот размеры батарей древней Nokia 6021(2005 год) с Samsung Galaxy S(2010 год) — толщина одинаковая, 5мм. Впрочем, даже если толщина некоторых батарей и уменьшается, то при этом увеличивается их длинна и ширина. За счет этого и увеличивают емкость в основном.
              Объем батареи Nokia 6021 — 7.6, при 900мАч. У SGS — 14.3 при 1500мАч. 5 лет прошло, где увеличение емкости?

              >Я не хочу тут доказывать, что у нас в батареях прорыв за прорывом, но и на месте они не стоят.
              Да я верю что не стоят. Но только скорость прогресса в этой области просто черепашья.

              >Но если бы я попытался проделать на своём аппарате 2009 года, то что легко и не думаю делаю на сегодняшнем — я бы остался без заряда минут через 20-ть.
              Заслуга здесь не столько аккумулятора сколько более экономичной электроники.
          • +2
            Не все революционные решения выстреливают. Не все экономически целесообразны. Некоторые выстреливают только в определенных нишах. Не все можно внедрить уже сейчас.
            Причем революционность обычно показана на пиковых значениях, а они в массовом производстве недостижимы.

            В результате из нескольких в год революционных внедряется одно в год\два и мы получаем улучшение АКБ на 5-10%.
            • +1
              >Не все революционные решения выстреливают. Не все экономически целесообразны. Некоторые выстреливают только в >определенных нишах. Не все можно внедрить уже сейчас.
              Вот именно. Поэтому восторги по поводу очередного открытия попросту неуместны. Пусть хоть что-то внедрят наконец, причем не где-то для военных по немерянной цене, а для массового использования. А то надоело читать про открытия, результаты которых не видать.

              >В результате из нескольких в год революционных внедряется одно в год\два и мы получаем улучшение АКБ на 5-10%.
              Пример 5-10% за год-два можно? А то не вижу что-то. Вон, в предыдущем посте у меня получилось даже наоборот, уменьшение емкости на единицу объема. :)
              • +1
                Посмотрите размеры АКБ у топовых смартов и рост емкости. По ним видно.
                • +1
                  На фото не видно какого размера аккумулятор. Топовые устройства выросли в габаритах, поэтому было куда и размер аккумулятора увеличивать.

                  Upd. Сейчас попробовал грубо соотнести по габаритам смарт и аккумулятор SGS IV, вышли размеры аккумулятора ~59x51 мм(с толщиной непонятно) против 51х51 мм у моего SGS. Посчитал сколько будет ориентировочно прирост емкости по отношению к моему если толщина тоже 5.5 мм, ~33% выходит. При разнице между топами около 3 лет. Если не сильно накосячил, то ощутимо получается, да.
  • +8
    Группа ученых под руководством Максима Коваленко из лаборатории неорганической химии в Швейцарской

    Очередной раз не знаю что думать, и и шутить хочется и печально всё это.
    • +9
      Да ладно вам — мы же болеем за Украину на чемпионатах когда Россия вылетает раньше?

      Вот и здесь так же :-)
    • +40
      Думайте о Родине как о планете, на которой родились. И тогда установленные кем-то невидимые границы перестанут вас волновать, а радоваться сможете за человечество в целом.
    • +3
      «Учёный с немецкой фамилией Коваленко...»
      • 0
        Да хоть с мексиканской. Есть вещи которые не нужно никому доказывать.
      • +1
        Это вы вроде как протестуете против статьи от автора с именем «FakeFactFelis»?
    • +1
      У меня надежда на Скольково. Посмотрел намедни Познера и настроение ещё улучшилось.
  • +1
    Вот его профиль: http://www.lac.ethz.ch/kovalenko/people_professor.html
    • +1
      Первый раз вижу написание имени Максим как «Maksym».
      • +7
        Первый раз вижу написание слова Damask как «Damaks» :)

        Это же украинская транскрипция. Знавал я одного Василия из Украины, которые в Германии стал Фазюлем: русское имя Василий -> на украинский лад Василь (произносится «Васыль») -> украинская транскрипция в паспорте Vasyl -> немцы произносят букву «V» как «ф», а «y» как «ю», получается «Фазюль». А фамилию «Глиняный» немцы считают итальянской: «Глиниани», в итоге выходит такое арабско-итальянское имя «Фазюль Глиниани» :)
        • +1
          В копилку маразмов:
          1. Знакомая Юля называет себя «Julia», так она записана во всех документах, кроме украинского загранпаспорта, где ей написали «Iuliia», что в некоторых шрифтах превращается в набор палочек и непроизносимое «Луллла».

          2. Мое имя Алексей, я называю себя «Alex», но государство решило иначе, потому в паспорте я «Oleksii», что иностранцы не могут нормально прочитать, а заодно считают фамилией. Тяжело ассоциировать с собой, когда обращаются к какому-то «Mr. Oleski».
          • +1
            Олег в белорусском паспорте записан как Алех :)

            Однажды при смене паспорта оказалось, что у меня изменились и имя, и фамилия — поступал в универ один человек, а балду пинал учился уже другой :)

            И это не государство, а чиновники на местах решают, как им захочется — мне даже пришлось официально менять имя, чтобы оно писалось так, как оно должно писаться, а не как решил какой-то неизвестный мне чиновник.
  • –2
    Ага. Для индустрии андроид-телефонов такие элементы питания будут очень кстати.
    • +4
      Для всех, я бы не прочь от звонилки на S40 с такой акб, можно было заряжать раз в квартал.
    • +2
      Мой брат заряжает свой айфон каждую ночь. Я свой андроид-аппарт раз в 2-3 дня, что я делаю не так? Телефон не лежит просто так: вифи, музыка, блютуз наушники, различные приложения + могу играть…
      • +1
        У меня работает Wi-Fi дома, 3G вне дома, gps, nfc и в таком режиме 2 дня — windows phone 8, в игры не играю, экран 4.5 IPS и если судить по вашей логике у меня еще лучше все обстоит. Я могу свой смарт высадить и за 7-8 часов, предыдущий iPhone 4S работал полтора дня в легкую, дольше чем иные флагманы с батареей большей емкости, мой нексус 7, которому обещали 7-8 часов нормальной работы в играх работает сопоставимо с временем работы современного ультрабука, так что это все не совсем корректное сравнение. Емкая акб еще никому не мешала, а вот расход батареи не самая сильная сторона Android-устройств, но iOS и WP не далеко ушли идут в паре шагов.
      • +1
        Беспроводные интерфейсы включены 100% времени?
        Синхронизация? Сколько аккаунтов? Какие сервисы?
        Виджеты? Погода? Финансы? Планировщики задач? Какие интервалы обновления?
        Живые обои? (хотя если толковые — никакой разницы).

        А потом можно спрашивать подробнее.
  • +2
    Очередная технология для создания ёмких аккумуляторов что никогда не дойдёт до нас. Помните Li-Air?
  • +1
    Пусть сначала photovoltaic cells на задние крышки от телефонов поставят, а то ведь один фиг его заряжать придётся, пусть и через день.
  • 0
    Да сколько их, придумывателей?
    Хоть одно бы уже сели и реализовали.
  • +5
    А когда охлаждаешь такой аккумулятор — внезапно оловяннная чума :)
  • +6
    Я каждые полгода читаю про новые революционные аккумуляторы.
    А как мобила за день дохла, так и дохнет.
  • +1
    Я думал электромобили питаются ионистрами

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.