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.

Made on
Tilda