Нет никого из нас, кого бы не раздражало, что литий-ионные батареи в их устройствах работают недостаточно долго. Очень неприятно покупать новые устройства просто потому, что время автономной работы стало слишком коротким. Ученые признали это и разработали новый материал, который продлит срок службы и продлит срок службы батарей.
Проблемы с литий-ионными аккумуляторами
Новые телефоны и другие устройства изначально имеют аккумуляторы, которые, кажется, будут работать вечно. Но со временем они служат все меньше и меньше часов. Это заставляет вас повсюду носить с собой зарядное устройство. Некоторые устройства имеют сменные батареи; некоторые нет. Заменяете ли вы их или просто выбрасываете устройство? Или вы просто с этим живете?
Поскольку многие люди просто заменяют свои устройства, это приводит к проблеме загрязнения окружающей среды. В более широком смысле срок службы батареи является проблемой и для электромобилей, и никто не хочет иметь проблемы с батареей в автомобиле.
Графические аноды, отрицательные клеммы аккумуляторов, являются причиной быстрой деградации. Аноды работают вместе с катодами (положительными клеммами) и электролитами (переносят заряд между клеммами), создавая условия для электромагнитных реакций зарядки и разрядки. Если бы у графита не было связующего, он бы развалился. Поли (ПВДФ) является наиболее широко используемым связующим веществом в современных батареях. Однако это не самый лучший материал для этой цели.
Ученые разработали новую папку
Ученые из Японского института передовых наук и технологий (JAIST) разработали новый сополимерный связующий материал, который продлит срок службы батарей
. Этот новый связующий материал изготовлен из сополимера бис-имино-аценафтенхинон-парафенилена (BP).
Это исследование было опубликовано в журнале ACS Applied Energy Materials. Исследование возглавил профессор Нориёси Мацуми, в котором также приняли участие профессор Тацуо Канеко, старший преподаватель Раджашекар Бадам, аспирант Агман Гупта и бывший научный сотрудник Анируддха Наг.
Как этот новый материал продлевает срок службы батарей? Сополимерное связующее обладает лучшей механической стабильностью и лучше прилипает к аноду. Частично за это ответственны «π-π-взаимодействия» между бис-имино-аценафтенхиноновыми группами и графитом. Лиганды сополимера также лучше прилипают к медным токосъемникам.
Сополимер также обладает большей проводимостью, чем поли, и создает более тонкую проводящую границу твердого электролита, которая не сталкивается с таким большим сопротивлением. Разложение также предотвращается тем, что сополимер плохо реагирует с электролитами.
Все это создает условия для повышения производительности. «В то время как полуэлемент, использующий ПВДФ в качестве связующего, продемонстрировал только 65 процентов своей первоначальной емкости после примерно 500 циклов зарядки-разрядки, полуэлемент, использующий сополимер BP в качестве связующего, показал сохранение емкости на 95 процентов после более чем 1700 таких циклов.», — объяснил профессор Мацуми.
Существует также показатель, сравнивающий количество заряда, протекающего через элемент в течение цикла. Новый материал вновь оказался более эффективным. На изображениях, сделанных во время испытаний, на сополимерах видны крошечные трещины, тогда как на полимере видны большие трещины. Это произошло менее чем через треть от общего количества циклов.
Будущее литий-ионных аккумуляторов
Конечно, после этого исследования есть надежда, что оно приведет к созданию более долговечных литий-ионных батарей. Это, безусловно, решит некоторые экологические проблемы, а также сэкономит потребителям много денег, не говоря уже о головной боли.
«Реализация долговечных батарей поможет в разработке более надежных продуктов для длительного использования. Это побудит потребителей покупать более дорогие активы на батарейках, например электромобили, которые будут использоваться в течение многих лет», — сказал профессор Тацуми.
Профессор также отметил, что такие улучшенные батареи принесут много пользы и в медицинском сообществе, особенно в батареях для искусственных органов и имплантированных устройств, таких как дефибрилляторы и кардиостимуляторы.
Для остальных из нас это будет означать, что через несколько лет наши смартфоны по-прежнему будут сохранять заряд, и мы не будем так сильно стремиться их заменить. А пока прочитайте это руководство о том, как продлить срок службы батарей.
