Saturday, Jul 11th

Last update08:30:58 AM GMT

GPS hi-tech Прогресс Графен вступает в борьбу за емкость литиевых аккумуляторов

Графен вступает в борьбу за емкость литиевых аккумуляторов

( 1 Vote )

графен

Материалы на основе графита и кобальтита лития (LiCoO2) уже достаточно давно применяются для изготовления анодов вторичных литиевых источников тока. Однако они имеют ряд недостатков, например, кобальтит лития – токсичное и достаточно недешевое вещество, а теоретическая ёмкость графита составляет всего около 320 мАч/г, из-за ограничений, связанных с образованием устойчивого интеркалированного соединения C6Li.

Материалы на основе графена (графитовые монослои) обладают целым рядом заманчивых с практической точки зрения свойств: они нетоксичны, химически и термически стабильны, обладают высокой электропроводностью и механической прочностью. Теме применения графена и графита во вторичных литиевых источниках тока посвящено немало работ. Интрекаляция и деинтеркаляция лития может происходить в этих материалах без каких-либо деградационных процессов при условии, что расстояние между двумя соседними слоями будет не менее 0,4 нм.

Группа учёных из Японии разработала подход для создания анодного материала на основе "нанолистов графена" (GNS), которые получаются при отслаивании от объёмного образца графита окисленных монослоёв с последующей сборкой их в "нанолисты" и восстановлением. При этом можно варьировать толщину (т.е. количество) слоёв, составляющих "нанолист" ("нанопачку"), и следовательно, межслоевое расстояние (рис.1), а также вводить в межслоевое пространство фуллерены (GNS + C60) и углеродные нанотрубки (GNS + CNT) для увеличения межслоевого расстояния до необходимой величины в 0,4 нм. Как видно из экспериментальных данных по измерению ёмкости полученных образцов (рис.2), наблюдаемая ёмкость для композитных материалов на основе графеновых нанолистов в 1,5 – 2 раза выше, чем для обычного графита. При этом полученные композитные материалы достаточно устойчивы при циклировании (уменьшение ёмкости составило ~20 – 30%, а для обычного графита – ~15 – 20%). Измерения межслоевого расстояния (d) (рис.3, 4) и построение зависимостей d от наблюдаемой ёмкости (рис.4) подтверждают справедливость утверждения о том, что для достижения максимальной ёмкости d должно быть ~0,4 нм. Для объяснения такого поведения материала на основе графеновых нанолистов авторы выдвинули два основных аргумента: во-первых, изменение электронной структуры полученных нанолистов по сравнению с объёмным графитом, а во-вторых, увеличение межслоевого расстояния обеспечивает большее соотношение лития к углероду, за счёт интеркаляции большего количества лития.

Хотя до реального практического применения во вторичных литиевых источниках тока данной разработке ещё весьма далеко, учёные всё же уверены, что реализация данной технологии позволит в скором будущем отработать технологии получения реальных анодных материалов и создания аккумуляторов на его основе.

www.nanometer.ru