Эффективность литиевых батарей выйдет на качественно новый уровень работы благодаря водороду!
Эффективность литиевых батарей повысит водород. Новые исследования американских ученых внушают оптимизм в данном вопросе.
Водород может вывести работу литиевых батарей на качественно новый уровень, повысив их эффективность. Новое исследование, проведенное учеными из Ливероморской национальной лаборатории имени Эрнеста Лоуренса (Калифорния, США), выявило возможность улучшения проводимости и способности к сохранению энергии в литий-ионных батареях при помощи водорода. Открытие также открывает и новые направления использования водорода в вопросе хранения электрической энергии.
Новые исследования сосредоточены на обработке водородом графеновых нанопенных анодов литиевых батарей.
Графен и материалы на его основе уже активно применяются в производстве тех или иных приборов и оборудования, благодаря заложенному в нем (в графене) потребительскому потенциалу, выраженному в повышении качественных характеристик получаемых изделий и экономическому фактору. Не удивительно, что графен уже активно применяется и в создании устройств для хранения энергии. В настоящий момент наиболее распространенным видом данного материала является графеновая 3D нанопена, используемая для изготовления литиевых батарей, суперканденсаторов и энергетических сорбентов. Кроме того, данный материал на основе графена, применяется и в создании систем опреснения, фильтрации и изоляции. Новое исследование позволяет повысить эффективность работы упомянутых систем, оборудования и изделий.
Атомарный водород тесно связан с графеном, однако в их взаимодействии все еще много вопросов, без ответов. Известно, что адсорбенты водорода влияют на структуру графена, известно и о том, что без влияния водорода, графен может работать как изолятор, что идет в разрез с функцией хранения энергии. Цель, которую поставили перед собой исследователи из США, заключается в том, чтобы определить степень влияния и механизм взаимодействия водорода и графена в процессе накопления и хранения энергии. Как можно и нужно манипулировать этими элементами, чтобы повысить эффективность устройств хранения энергии.
Эксперименты, проводимые специалистами лаборатории, заключаются в изучении взаимодействия водорода и графена при воздействии низких температур. Первые результаты продемонстрировали следующую реакцию: в графене появились небольшие дефекты в виде микротрещин, которые с легкостью заполняются литием, что приводит к увеличению емкости накопителя энергии. Более того, оказалось, что воздействие водорода позволяет литию скапливаться на краях графеновой платформы, что также способствует ощутимому повышению потенциала. Подробное описание проведенных экспериментов и полученных результатов опубликовано на сайте Nature Scientific Reports (DOI:10.1038/srep16190).
Эффективность литиевых батарей в результате воздействия водорода (Данные и визуализация: LLNL)
Брэндон Вуд, представитель исследовательской группы, так прокомментировал полученные результаты:
Мы обнаружили, что после воздействия водорода емкость электродов из графеновой нанопены значительно возросла.
Воздействие водорода вызвало небольшие дефекты на поверхности графена, что принесло удивительные результаты, значительно повысив характеристики батареи на его (графена) основе.
Объединив информацию, полученную в результате экспериментов и развернутого моделирования, мы смогли выявить тончайшее взаимодействие между дефектами и диссоциированным водородом.
Эти взаимодействия приводят к небольшим изменениям в химической структуре графена и, в конечном итоге, к существенному увеличению производительности.
Не глядя на первые успехи, авторы проведенного исследования, с сожалением, отмечают, что их эксперименты все еще не ответили на ряд ключевых вопросов. Например, как оптимизировать плотность получаемых дефектов и как лучше осуществлять включение водорода в графеновую составляющую с целью более значительного повышения эффективности и энергоемкости литий-ионной батареи.
Весьма вероятно, что ответы на эти вопросы появятся уже в скором будущем, – ученые планируют продолжить свое исследования, эксперименты и изыскания в данном направлении. Это внушает определенную уверенность и в том, что эффективность литиевых батарей будет в значительной степени увеличена в ближайшие годы, что послужит на благо всему человечеству.
Ливероморская национальная лаборатория имени Эрнеста Лоуренса (LLNL) была основана в 1952 году и носит статус национальной лаборатории Министерства энергетики США, являясь структурным подразделением Университета Калифорнии.
Интересный факт – хоть лаборатория и носит имя Эрнесто Орландо Лоуренса, инициатива создания данного центра принадлежит другому человеку, – Эдварду Теллеру.
Еще одним интересным фактом является то обстоятельство, что LLNL является одной из двух лабораторий, специально созданных в США для разработки ядерного оружия. Вторым, и более знаменитым, в этом отношении, центром, является национальная лаборатория в Лос-Аламосе.