ამერიკელ მეცნიერებს სურთ ათჯერ გაზარდონ ლითიუმ-იონური ბატარეების მოცულობა წითელი ფოსფორის დახმარებით
არგონის ეროვნული ლაბორატორიის მეცნიერებმა პროგრესს მიაღწიეს გაზრდილი მოცულობის ლითიუმ-იონური ბატარეის შექმნაში. ახალი მიდგომა საშუალებას იძლევა ათჯერ გაიზარდოს ანოდური მასალის ენერგეტიკული სიმძლავრე და შეიქმნას იმაზე მეტი მოცულობის ბატარეები, ვიდრე ამჟამად არსებობს.
თანამედროვე ლითიუმ-იონურ ბატარეებში გამოიყენება გრაფიტის ანოდი. ეს გახლავთ ბატარეის პირობებში სტაბილური მასალა. იგი არ იბზარება დამუხტვა-დაცლის 1000 ციკლის შემდეგაც კი, თუმცა ამგვარ ციკლს თან ახლავს გრაფიტის ანოდის ლითიუმით გაჯერება და მისი თანმდევი უკუქმედება. ყველაფერი რიგზეა, თუმცა გრაფიტი ფლობს საკმაოდ დაბალ ენერგეტიკულ მოცულობას.
ლითიუმ-იონური ბატარეების მოცულობის ეტაპობრივი ზრდისთვის საჭიროა ახალი მასალები. ამგვარ მასალად განიხილება ორი ყველაზე პერსპექტიული მასალა – სილიკონი და ფოსფორი. თითოეულ მათგანს აქვს თეორიული ენერგეტიკული მოცულობა, ყოველ შემთხვევაში, გრაფიტზე ათჯერ მეტი. სილიკონის ანოდები უკვე აღარ არის ფანტასტიკა და კომერციულ პროდუქტებში შესაძლოა გამოჩნდეს არაუგვიანეს ხუთ წელიწადში. თუმცა არგონის ეროვნული ლაბორატორიის მკვლევარები ამ მასალას არ ენდობიან.
ამერიკელი მეცნიერების თქმით, სილიკონს, როგორც ლითიუმ-იონური ბატარეის ანოდის მასალას, ორი გლობალური პრობლემა აქვს. პირველი – სილიკონი ექვემდებარება გაფართოებას ლითიუმის გაჯერებით და შემდეგ იკუმშება მისი გაცემისას, რაც იწვევს ანოდის სტრუქტურის რღვევასა და მოცულობის კარგვას.
მეორე – სილიკონს აქვს დაბალი Coulomb efficiency – ეფექტურობა (დამტენი მოწყობილობისგან მიღებული ენერგიის თანაფარდობა დაგროვილ/გაცემულ ენერგიასთან). ეს მაჩვენებელი სილიკონის ანოდის მქონე ბატარეისთვის 80%-ზე ნაკლებია იმ დროს, როდესაც კომერციულ პროდუქტებში იგი 90%-ს უნდა აღემატებოდეს. რჩება ფოსფორი და პროგრესი ამ მიმართულებით იქნა მიღწეული.
ფოსფორის ანოდის ნაწილაკების ზომისა და ფაზის მდგომარეობის ცვლილების სურათი დამუხტვის, დაცლისა და ნეიტრალური მდგომარეობის დროს (არგონის ეროვნული ლაბორატორია / Guiliang Xu)
მეცნიერებმა თავდაპირველად დაამზადეს კომპოზიტური ანოდი შავი, შემდეგ კი წითელი ფოსფორის ნაწილაკების გამოყენებით. ფოსფორის ნაწილაკები ქუცმაცდება მიკრომეტრულ ზომაზე და შემდეგ უერთდება ასეთივე ზომის ნახშირბადის ნაწილაკებს. მიღებულმა მასალამ აჩვენა 90%-ზე მეტი ეფექტურობა, რაც კომპოზიტურ ანოდს გზას უხსნის კომერციული წარმოებისკენ.
შავი ფოსფორის გამოყენებაზე უარის თქმა გადაწყდა ეკონომიკური მიზეზების გამო, თუმცა მისი ელექტრო გამტარობა უფრო მაღალია, ვიდრე წითელი ფოსფორისა. სამაგიეროდ, წითელი ფოსფორის მიღების მნიშვნელოვანი სიიაფე უზრუნველყოფს ღირებულებისა და მოცულობის კარგ შეფარდებას კომპოზიტური ანოდების მქონე ლითიუმ-იონურ ბატარეებში. დარჩა მხოლოდ მწარმოებლის მოძებნა, რომელიც მზად იქნება ითანამშრომლოს მეცნიერებთან იმ საკითხში, რითაც დაკავებულნი არიან.
