Нанопроволоки из германия помогут аккумуляторам дольше работать нахолоде

В современной технике широко применяются литий-ионные аккумуляторы. Их просто использовать, можно многократно перезаряжать, и к тому же они обладают относительно высокой энергоёмкостью. Электроды таких аккумуляторов состоят из графита и соединений лития с кобальтом или железом. Их недостатки проявляются в условиях холода: они быстро теряют ёмкость и разряжаются. Связано это с тем, что электроды с меньшей эффективностью захватывают и отдают ионы лития.

В ходе исследования российские учёные разработали отрицательные электроды (аноды) на основе нанопроволок из германия. При взаимодействии с электролитом последний создаёт десять различных соединений с литием, благодаря чему ёмкость материала возрастает в пять раз по сравнению с ёмкостью графита в других аккумуляторах. Электроды из германия в составе аккумулятора способны работать даже в сорокаградусный мороз.

Определить температурную стойкость аккумулятора с германиевыми электродами удалось экспериментальным путём. Для этого учёные синтезировали нанопроволоки из водного раствора оксида германия на титановой проводящей подложке, а затем поместили полученные электроды и электролиты в герметичные ячейки. Далее проводился опыт по заряду и разряду ячеек при температурах от +20°C до -40°C.

Оказалось, что при зарядке на поверхности электродов формируется особая нерастворимая плёнка, состоящая из продуктов восстановления электролита. Её сопротивление при температуре -40°С лишь незначительно увеличивается, не влияя на работу электрода. При этом ёмкость всё равно уменьшается ввиду сопротивления переноса заряда при холоде.

«Наше исследование позволило определить, как изменение процесса переноса заряда при низких температурах влияет на емкость германиевых электродов. Полученные результаты позволят оптимизировать предложенную нами систему на основе нанонитей германия для работы при отрицательных температурах, что очень актуально для приполярных районов. В дальнейшем мы попытаемся найти новый материал катодов, чтобы еще больше усовершенствовать литий-ионные аккумуляторы», — рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Илья Гаврилин, кандидат химических наук, сотрудник Института физической химии и электрохимии имени А. Н. Фрумкина РАН.