Использовав в качестве основной идеи строение графена, исследователи из Китая разработали материал для электродов, который может обеспечить батареям и аккумуляторам более высокую емкость. Большая площадь поверхности нанолистов из оксида кобальта является ключом для их продвинутых электрохимических свойств.
От батарей и аккумуляторов зависит наша повседневная жизнь – подавляющее большинство смартфонов, лаптопов и других электронных устройств используют в качестве источника питания литий-ионные аккумуляторы. По мере появления новых, более мощных гаджетов возникает необходимость в разработке источников питания, способных запасти большее количество энергии в том же объеме.
Обычно в литий-ионных аккумуляторах применяются графитовые электроды, однако их недостатком является низкий уровень теоретической емкости. Альтернативой графитовым электродам могут стать металлооксидные электроды, которые отличаются существенно более высокой теоретической емкостью, однако на практике применение этих материалов ограничено из-за того, что металлооксидные системы не способны удержать достаточное количество ионов лития. Относительно недавно были разработаны наноструктуры, способные к удержанию большого количества ионов лития, однако пульверизация (увеличение и уменьшение объемов таких электродов в ходе цикла зарядка-разрядка) повреждает электроды, значительно понижая их емкость.
Исследователи из группы Йи Си (Yi Xie) смогли решить проблемы металлооксидных катализаторов, использовав неорганические аналоги графена. Исследователи получили нанолисточки оксида кобальта атомной толщины с помощью топологического метода. Си отмечает, что строение кобальтооксидных аналогов графена характеризуется большой площадью поверхности, легкостью диффузии ионов лития и переноса электронов, а также наличием открытых каналов, которые служат буфером для больших изменений объема в ходе зарядки и разрядки. Каждый из этих факторов вносит свой существенный вклад в электрохимическую производительность и высокую циклируемость новых электродов в сравнении с ранее разработанными системами на основе наноструктур из Co3O4.
Штефан Фройнбергер (Stefan Freunberger), эксперт по материалам для электрохимического хранения энергии из Университета Граца (Австрия) отмечает, что разработка новых высокоэффективных металлооксидных электродов для литий-ионных аккумуляторов, способных использовать максимум от теоретической емкости оксидов металлов, всегда была долгосрочной целью разработчиков новых источников питания, а исследователи из группы Си предлагают интересный и неординарный подход. Тем не менее, исследователь из Австрии предполагает, что добиться от электрода в реальном серийном устройстве такой же производительности, которую он продемонстрировал в ходе лабораторных испытаний, будет представлять собой непростую задачу.
Си соглашается, что новая технология находится пока еще на ранних стадиях разработки. В дальнейшем она планирует проэкспериментировать с другими аналогами графена для создания еще более эффективных электродов и, следовательно, новых источников питания.
