Напевно кожен з наших читачів підтвердить, що батарейка його мрії все ще десь там - за горизонтом. Незважаючи на колосальні зусилля розробників, характеристики акумуляторів фактично зупинили своє якісне зростання. Між тим метатися від розетки до розетки доводиться все частіше і частіше. Виходом, хоча б проміжним, можуть стати акумулятори з кремнієвим анодом. Як електроліт буде використовуватися все той же старий добрий літієво-іонний наповнювач, але кремнієва основа перспективних анодів обіцяє краще і повніше з ним взаємодіяти. У перспективі ємності акумуляторів з кремнієвими анодами можуть виявитися в 10 разів більше, ніж у сучасних батарей.
Розробкою кремнієвих анодів кілька років у співдружності займаються група вчених з Університету Стенфорда і група з SLAC National Accelerator Laboratory. Свіжа публікація на сайті SLAC дає зрозуміти, що вже придуманий і випробуваний спосіб отримання стійких до руйнування кремнієвих анодів. Справа в тому, що в процесі заряду частинки кремнію в складі аноду збільшуються в розмірах до трьох разів. Це призводить до швидкого руйнування частинок на більш дрібні частини, що погіршує параметри акумуляторів. Також частинки аноду від взаємодії з електролітом покриваються тонкою плівкою речовини, що також погіршує їх характеристики, оскільки провідність у цьому випадку знижується. Раніше група запропонувала створювати аноди у вигляді умовного фрукту гранату, в якому зірна-частинки розділені оболонкою. Запропонована методика інкапсулювання частинок кремнію якраз відповідає цій задумці.
Великі частинки кремнію - до трьох мікрон - полягають в оболонку з нікелю. Потім на нікелі, який виступає в ролі каталізатора, навколо частинки вирощується графенова оболонка. Після цього слідує процес травлення в кислоті, що вимиває нікель. В результаті на виході ми маємо набір тісно пов'язаних графенових оболонок, всередині кожної з яких «бовтається» частинка з кремнію.
Графенові оболонки частково гнучкі, але не втрачають основну форму, тому структура аноду практично постійна, хоча може трохи «дихати». Частинки кремнію в процесі заряду роздуваються до певного розміру і в разі руйнування все одно залишаються всередині оболонки. Обволакування їх електролітом в даному випадку не відбувається. Інакше кажучи, батарея з таким анодом може витримати більшу кількість циклів розряду і заряду.
Вище на зображенні ви можете бачити поведінку частинки кремнію в оболонці в процесі заряду. Поки це поодинокі вкраплення. На новому етапі розробники збираються створити технологію, яка дасть можливість випускати кремній в оболонці в достатній для виробництва анодів кількості.
