Ученые из Северо-западного университета (Northwestern University) сообщают о создании нового материала на основе кремния и графена для электродов литиевых батарей.

С сегодняшними технологиями возможности литий-ионных батарей ограничены по двум причинам: энергетическая емкость ограничена плотностью заряда, и уровень заряда ограничен скоростью, с которой ионы лития могут перемещаться из электролита в анод.

С целью решения этих проблем группа ученых объединила два технологических подхода. Во-первых, чтобы стабилизировать кремний для поддержания максимальной емкости заряда, они создали конструкцию из чередующихся слоев кремния и графена. Это позволило добиться увеличения числа ионов лития в электроде, и, за счет гибкости графеновых слоев, обеспечило пространство, необходимое кремнию, изменяющемуся в объеме во время использования батареи.

Ученые также использовали процесс химического окисления, чтобы создать в графеновых слоях микроскопические отверстия диаметром 10-20 нм, то есть, добились так называемого «дефекта в плоскости». Благодаря этому, путь ионов лития к аноду стал короче. Это, в свою очередь, сократило время перемещения ионов, что позволит батареям заряжаться в десять раз быстрее.

В дальнейшем ученые планируют экспериментировать с изменениями в катоде, что в будущем может привести к увеличению эффективности батарей. Они также будут изучать электролитическую систему, которая позволит батарее автоматически отключаться при высоких температурах.