(Chemistry World 28.01.2010)
Химики из Германии и Китая сообщили о возможности разработки аккумуляторных батарей нового типа, в основе которых нанокабель из углеродной нанотрубки и диоксида титана.
Литиевые аккумуляторные батареи используются повсеместно в мобильных телефонах, ноутбуках, электромобилях, но они обладают рядом недостатков, которые ограничивают их применение. Основные требования, которые предъявляются к аккумуляторным батареям, это их масса, экологичность, дешевизна и, естественно, электрическая емкость. В литий-ионных аккумуляторах, ионы лития сконцентрированы на аноде, в процессе работы, они мигрируют к катоду в результате чего возникает электрический ток в цепи. Анод, в аккумуляторах этого типа изготовлен из графита, который имеет ряд недостатков, наиболее существенным, из которых является малая емкость отдачи ионов лития, следствием чего является небольшая мощность литиевых батарей. Поэтому поиск альтернативных аккумуляторных батарей очень актуален в наши дни. Углеродные нанотрубки и диоксид титана исследовались в качестве электродов, но до недавнего времени не имели конкретной отрасли применения.
Нанокабель под электронным микроскопом
Оказалось, что "Диоксид титана абсолютно не пригоден в качестве электродов, но обладает свойством, удерживать ионы лития, в результате, ионы лития могут очень медленно диффундировать через структуры диоксида титана, и настолько медленно, что для заполнения миллиметра кристалла могут потребоваться годы. Но если структура диоксида титана в толщину всего лишь 10 нм – этот процесс занимает миллисекунды." - говорит Йоахим Майер из Института Макса Планка по исследованию твердого тела в Штутгарте, Германия. Майер с сотрудниками, работал над исследованием этого вопроса в Пекинской Национальной лаборатории молекулярных наук в Китае.
Результатом его работы является кристаллическое вещество, по строению напоминающее электрический кабель, которое идеально подходит для улавливания ионов лития и представляет собой нанотрубки с высокой электронной проводимостью. В интервью Chemistry World Майер отметил, что: «Углеродные нанотрубки в контакте с диоксидом титана обладают очень большой электрической емкостью, а вместимость ионов лития в этих структурах в три раза больше чем официально известно на данное время. Кроме того, в отличие от других структур, которые легко разрушаются от циклов заряд/разряд, нанокабельные кристаллы имеют практически неограниченный потенциал в циклах заряд/разряд, и их разрушения не наблюдалось даже при 100 циклах».
Поскольку новый материал легко синтезировать, и он более дешевый чем электроды основанные на редких металлах, исследователи надеются, что нанокабель найдет применение не только как аккумуляторная батарея, но и как конденсатор в электротехнике.
Компьютерная модель нанокабеля
"Не так много внимания уделяется применению гибридных материалов, как в случае литиевых батарей" - говорит Васант Кумар, который работает над следующим поколением батарей в университете Кембриджа, Великобритания. "Я думаю, что эта работа открывает много новых возможностей, которые делают использование синергизма (т.е. получения большего результата от взаимодействия составных частей объекта, чем ожидался на основе их свойств) между различными материалами более привлекательным."
Lewis Brindley