Водород улучшает литиевые батареи

Новое исследование Ливерморской национальной лаборатории определило, что водород может значительно улучшить емкость и проводимость литий-ионных батарей. Эта работа может также проложить начало для улучшения сред хранения с помощью нескольких вариантов развития энергетики, в том числе самого водорода.

Новые разработки сконцентрированы вокруг обработки анодов для литий-ионных батарей, произведенных из графеновой нанопены, водородом.

Материалы из графена удачно используются в коммерческом производстве устройств для различных отраслей, в том числе для создания устройств хранения энергии, таких как литий-ионные батареи. Наиболее распространенной является графеновая 3D нанопена, которая используется во многих типах электрических и химических носителей, включая баки для водородного топлива, суперконденсаторы, энергетические сорбенты и литиевые батареи. Они также используются в фильтрации, изоляции, и опреснительных системах. Все это можно улучшить с помощью этого исследования, как говорят ученые.

Атомарный водород — это остаток после производства графена, но его роль в электрических устройствах хранения энергии не изучена до конца. Водородные адсорбенты, как известно, влияют на структуру графена и также известно, что графен, который не имеет примесей водорода, не проводящий материал и фактически работает как изолятор, вразрез с требованиями батареи.

Целью Ливерморской национальной лаборатории было выяснить, как водородвзаимодействует с графеном в процессе производства и, как этим можно управлять, чтобы улучшить качества графена для носителей информации.

Эксперименты команды заключаются в обработке графена водородом при низких температурах. Это приводит к дефектам в графене под воздействием водородом, в результате чего появляются небольшие отверстия, которые позволяют легче проникать литию. В литий-ионных аккумуляторах это улучшает как перенос энергии из батареи, так и характеристики поглощения мощности. Кроме того, поскольку литий может легко закрепляться вблизи краев графенового материала, благодаря эффектам воздействия водорода, то улучшается общая емкость.

«Мы нашли радикальный способ улучшения емкости при помощи электродов из графеновой нанопены после обработки водородом», сказал ученый лаборатории Брэндон Вуд (Brandon Wood). «Объединив экспериментальные результаты с подробным моделированием, мы смогли проследить улучшения тонких взаимодействий между дефектами и разделением водорода. Это приводит к некоторым небольшим изменениям в химии графена и его морфологии, что оказывает огромное влияние на производительность».

Авторы отмечают, что их эксперименты не отвечают на некоторые ключевые вопросы, например, как оптимизировать плотность дефектов и как лучше включать водород в графеновые материалы для достижения более высокой плотности энергии в литий-ионных батарей. Дальнейшие исследования, которые планируются, продолжат работу по изучению этих процессов.

По материалам: nature.com