При помощи графитовой пены для аккумуляторов можно создавать более эффективные электроды

Исследователи из США показали, что ультратонкую графитовую пену можно использовать в качестве нового типа катода для литий-ионных аккумуляторов. Легкая, а также хорошо проводящая пена оказалась электрохимически стабильнее веществ, которые применяются сегодня. Более того, изготовить ее можно легко и дешево, поэтому пена может в ближайшее время составить конкуренцию таким распространенным катодным материалам, как никелевая и алюминиевая фольга.

Сегодня катоды в литий-ионных аккумуляторах, обеспечивающие передачу электронов до внешней цепи от топливной ячейки, обычно изготавливают из никелевой или алюминиевой фольги около 20 – 30 мкм в толщину. Однако, несмотря на довольно высокую производительность, алюминиевая фольга не способна эффективно собирать электроны, поскольку имеет плоскую структуру, ограничивающую плотность мощности батареи, созданной на основе данного материала. Проблема усугубляется еще больше для толстых катодов, иногда применяемых для поднятия плотности энергии аккумулятора. Более того, алюминий коррозирует в большинстве растворов электролитов, следствием чего является медленная саморазрядка и общее «старение» аккумулятора.

По утверждениям американских ученых, альтернативой никелю и алюминию станет сверхтонкий графит в виде пены. В своей работе группа исследователей из Universityof Texas (США) исследовала взаимодействие сверхтонкого графита с фосфатом лития железа (LFP), в условиях процесса, который во многом напоминает процесс производства лит.-ионных аккумуляторов.

Во время экспериментов ученые установили, что ультратонкий графит не подвержен большинству недостатков, которые характерны для алюминиевой либо никелевой фольги. Данный материал являет собой взаимосвязанную сеть перемычек из графита, имеющих хорошую проводимость (их плотность 1,3*105 см-1 при комнатной температуре), что в значительной степени содействует передаче электронов внутри катода, а также, соответственно, повышает плотность мощности аккумулятора.

Сверхлегкая пена способна выдерживать большую плотность мощности и энергии, чем обыкновеные электронные материалы - алюминий и никелевая фольга. Так как отношение площадей поверхности к объемам ультратонкого графита крайне высоко относительно его массы (плотность вещества порядка 9,5мг/см3), для производства катодов необходимо гораздо меньше материала, в сравнении с эквивалентной массой требуемой алюминиевой фольги. Благодаря этому плотность энергии также увеличивается. Подсчеты показывают, что максимальная удельная мощность сверхтонкого графита на 23% больше аналогичного показателя у алюминия и на целых 170% выше этого же параметра у никеля.