Кремниево кислородный анод аккумулятор

30.04.20 | Рубрика: Новости. Просмотры: 405

Ученые одной из лабораторий министерства энергетики США придумали, как использовать кремний в анодах привычных нам литий-ионных аккумуляторов, решив проблемы увеличения кремния в размерах при поглощении лития. Статья об открытии опубликована на портале Рhys.org.

Графит, известный любому человеку, хоть раз державшему в руке карандаш, долгое время служил один из основных компонентов современных литий-ионных батарей, но пришло время найти ему замену, решили исследователи из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории минэнергетики США. Американские ученые решили использовать вместо графита в анодах литий-ионных батарей кремний, из которого делаются все микросхемы, так как он теоретически может запасать в 10 раз больший заряд, чем графит. Однако кремний слишком хрупок, чтобы выдержать давление, которые будет использовано при производстве анодов литий-ионных аккумуляторов. «Царь электроники» имеет одно неприятное для инженеров свойство – кремний расширяется примерно в 3 раза в момент поглощения лития, что приводит к разрушению анода из-за все той же хрупкости материала.

Выходом стало увеличение прочности кремния, который американские ученые решили совместить с углеродными нанотрубками. Для этого углеродные нанотрубки были покрыты оксидом кремния и нагреваты до кипения в эмульсии воды и масла, после чего с использованием алюминия и еще более высокой температуры из свернувшихся в сферы нанотрубок удаляли кислород, оставляя на их поверхности чистый кремний, имеющий пористую структуру.

В ходе опытов было установлено, что сферы с пористым кремнием, имеющие вида мелкого порошка (диаметр одной сфера около 8 микрометров – примерно размером с эритроцитную клетку) могут поглощать вдвое больше заряда, демонстрируя при этом лишь 20% увеличение в размере. К тому же новый материал оказался устойчив к высокому давлению, которому он будет подвергаться при промышленном изготовлении анодов для батарей. В настоящее время исследователи ищут способы адаптировать технологию к уже имеющимся производственным процессам, чтобы в скором времени пользователи получили аккумуляторы с улучшенными в разы характеристиками.

Источник

Xiaomi выпустила топовый флагман Mi 11 Pro с аккумулятором нового типа, маленьким и объемным. Цена

Xiaomi анонсировала смартфон Mi 11 Pro с аккумулятором, внутри которого используется кремниево-кислородный анод. За счет него батарея уменьшилась в размерах, но ничуть не потеряла в емкости и получила поддержку 67-ваттной зарядки. Также Xiaomi показала флагманский камерофон Mi 11 Ultra, молодежный мобильник Mi 11 Lite, фитнес-браслет Mi Band 6 и то, что в свое время не смогла сделать Apple – беспроводную зарядку на три устройства с гигантским количеством катушек внутри.

Смартфон с необычной батареей

Компания Xiaomi провела показ нового флагманского смартфона Mi 11 Pro – улучшенной версией модели Mi 11, премьера которой состоялась в декабре 2020 г. Аппараты полностью идентичны в плане внешности, поскольку основные отличия нового устройства скрыты внутри.

Главная особенность Mi 11 Pro – это его аккумулятор, в котором используется новый кремний-кислородный анод, за счет чего, как пишет портал GSM Arena, батарею удалось сделать меньше без снижения емкости. Физические габариты АКБ в своем новом флагмане Xiaomi не уточняет, но известно, что ее емкость равна 5000 мАч, плюс у нее есть быстрая зарядка мощностью 67 Вт (проводная и беспроводная), способная полностью зарядить его за 37 минут.

Mi 11 Pro располагает защитой от воды и пыли по стандарту IP68, экраном QuadHD+ (3200х1400 точек) с частотой обновления 120 Гц при диагонали 6,81 дюйма и матрице AMOLED. Сенсорный слой имеет частоту отклика 480 Гц, а сам дисплей закрыт усиленным стеклом Gorilla Glass Victus.

На китайском рынке Mi 11 Pro будет доступен в трех комплектациях, где младшая стоит $760 (57,7 тыс. руб. по курсу ЦБ на 29 марта 2021 г.) и имеет при себе 8 ГБ оперативной (LPDDR5-6400) и 128 ГБ встроенной (UFS 3.1) памяти. Версии на 8/256 и 12/256 ГБ обойдутся в $810 (61,5 тыс. руб.) и $870 (66,1 тыс. руб.) соответственно.

В стоимость смартфона входит набор из четырех фотокамер, где фронтальная вписана верхний левый угол экрана и имеет разрешение 20 Мп. Основная камера – тройная, и базовый сенсор здесь разработан компанией Samsung на пару с Xiaomi. Это ICOCELL GN2 на 50 Мп размерами 1/1,12 дюйма с автофокусом Dual Pixel Pro. Также есть камера на 13 Мп со сверхширокоугольной оптикой (угол обзора 123 градуса) и телевик на 8 Мп. У последнего имеются 5-кратный оптический и 50-кратный гибридный зум вместе с оптической стабилизацией.

К перечисленному добавляются процессор Qualcomm Snapdragon 888 (8 ядер, частота до 2,84 ГГц, 5 нанометров, видеокарта Adreno 660 и 5G-модем Х60), модули беспроводной связи Wi-Fi 6 и Bluetooth 5.2, контроллер NFC и порт USB-C для зарядки. Габариты смартфона составили 164х75х8,5мм, при весе в 208 граммов.

Премьеру новинок Xiaomi проводил глава компании Лей Цзюнь (Lei Jun). На ней ожидалась премьера еще нескольких устройств, включая имиджевый смартфон Mi Mix 4, но Лей Цзюнь извинился перед всеми, сообщил, что не очень хорошо себя чувствует и остановил мероприятие. Он добавил, что дебют оставшихся устройств состоится 30 марта 2021 г., и что дополнительно он расскажет о планах компании на ближайшие 10 лет.

Новый лидер DxOMark

Второй новинкой Xiaomi стал смартфон Mi 11 Ultra, новый камерофон компании и новый король известного рейтинга DxOMark. В нем он набрал суммарные 143 балла или 117 баллов за видео, 100 баллов за работу зума и 148 баллов за фотовозможности.

Стоит такой смартфон в пределах $915 (69,5 тыс. руб.), за минимальную комплектацию с 8/256 ГБ памяти.

Процессор, экран и фронтальная камера вместе с аккумулятором в Mi 11 Ultra такие же, как и в Mi 11 Pro. Единственное отличие кроется здесь в модуле тыльной камеры, который занимает значительную часть задней крышки, в том числе и за счет небольшого вспомогательного экрана, на который можно выводить дату, время, уведомления и другую информацию.

Основной модуль камеры – это упомянутый Samsung ISOCELL GN2 с разрешением 50 Мп. За ним идет 48-мегапиксельный датчик Sony IMX586 с ультраширокоугольным объективом и еще один точно такой же сенсор, но с телеобъективом – 5-кратный оптический зум, оптическая же стабилизация и 120-кратное цифровое приближение.

Флагман попроще

После премьеры передовых Mi 11 Pro и Mi 11 Ultra Xiaomi показала модель Mi 11 Lite, ориентированную на молодежь и выпущенную в шести цветах корпуса – черном, белом, синем, желтом, бирюзовом и розовом. Это сильно упрощенная версия модели Mi 11 с экраном 6,55 дюйма, матрицей AMOLED, частотой обновления 90 Гц и без сканера отпечатков пальцев в дисплее – его здесь встроили в боковую кнопку включения.

Вместо камеры на 108 Мп, как у Mi 11, в новом Mi 11 Lite стоит датчик на 64 Мп. В наличии также широкоугольная камера на 8 Мп и датчик 5 Мп для макросъемки. Смартфон построен на процессоре Qualcomm Snapdragon 780, есть поддержка сетей пятого поколения.

Новый Mi 11 Lite работает от батареи на 4250 мАч с поддержкой быстрой зарядки на 33 Вт по USB-C. Комплектация с 8 ГБ оперативной и 128 ГБ встроенной памяти обойдется покупателям в Китае приблизительно в $352 (26,7 тыс. руб.).

Apple не смогла, а у Xiaomi все получилось

В дополнение к смартфонам Xiaomi показала то, что Apple так и не сумела сделать – беспроводную зарядку на три устройства одновременно. В сентябре 2017 г. Apple заявила о разработке такой зарядки, получившей название AirPower, но в 2019 г. проект был закрыт – компания столкнулась со множество технических трудностей и отказалась от дальнейшей разработки этого аксессуара.

В новинке Xiaomi расположено 19 катушек индуктивности. Мощность зарядки составляет 120 Вт, и размещать гаджеты на ней можно без четкого позиционирования в определенной точке – для этого и нужен такой массив катушек. Теперь то, от чего отказалась Apple, Xiaomi продает всего за $92 (7000 руб.).

Новый фитнес-браслет

Последней новинкой Xiaomi в рамках ее мартовской презентации стал фитнес-браслет Mi Band 6 – шестое поколение одного из самых популярных фитнес-трекеров в мире. Внешне он неотличим от пятого поколения, но его экран стал намного крупнее и качественнее – 1,56 дюйма при плотности пикселей 326 точек на дюйм против 1,1 дюйма и 291 dpi у Mi Band 5.

Аккумулятор нового Mi Band 6 рассчитан на две недели автономной работы, заряжается он так же, как и в пятом поколении – при помощи магнитного коннектора, то есть без необходимости каждый раз вытаскивать капсулу из браслета, как это было в первых четырех моделях. Xiaomi нарисовала для своей новинки 130 новых циферблатов и добавила поддержку 30 видов физической активности.

Mi Band 6 стоит $35 (2650 руб.) в Китае в версии без NFC.

Источник

Новый кремниевый анод позволит заряжать литий-ионные батареи за минуты

Научные сотрудники Калифорнийского университета в Риверсайде разработали кремниевый анод, который позволит заряжать литий-ионные батареи в 16 раз быстрее, чем это возможно сейчас. Новая структура этого анода состоит из трехмерных конических скоплений углеродных нанотрубок. Их использование, как отмечают ученые, позволяют батареям держать на 60 процентов больше заряда и при этом быть на 40 процентов легче, чем те батареи, которые используются сейчас.

Так как самым распространенным типом батарей являются именно литий-ионные, множество исследователей стараются найти способы повышения их эффективности. И немаловажной ролью в повышении этой эффективности является поиск «идеальных» электродных материалов. В коммерческих батареях анод производится из графитовой модификации углерода с емкостью около 370 мАч/г (миллиампер-часов на грамм). В свою очередь, емкость анода из углеродных нанотрубок практически в три раза выше и составляет около 1000 мАч/г. Однако ученые считают, что отказ от углерода при производстве анодов может оказаться еще перспективнее.

Кремний может стать новым идеальным материалом для производства анодов для литий-ионных батарей, так как их емкость может составлять аж 4200 мАч/г, что более чем в 10 раз выше, чем у тех батарей, которые сейчас находятся в продаже. Замена анода в стандартной литий-ионной батарее на кремниевый анод позволяет увеличить емкость ячеек батареи на 63 процента и при этом снизить на 40 процентов их вес. Однако заставить кремниевый анод работать внутри литий-ионной батареи не так уж и просто. Когда кремний начинает взаимодействовать с литием внутри ячейки, он может неоднократно расширяться до 400 процентов, а затем сужаться до своего первоначального состояния. Это приводит к разрушению анода и, как следствие, — выходу батареи из строя.

Тем не менее ученые из Калифорнийского университета в Риверсайде создали новую архитектуру для кремниевого анода литий-ионной батареи, которая позволяет избавиться от проблемы деградации. Все это позволяет не только создавать более легкие и емкие батареи, но и заряжать их гораздо скорее — до 16 раз быстрее, по сравнению с обычными.

Трехэтапный процесс создания конических углеродных пучков анода

Для создания такого анода ученые сначала взяли графеновую пленку (которая обычно служит токосборником для анодов в коммерческих батареях) и вырастили на ней наноскопические связки нанотрубок. Затем ученые подвергли эти связки воздействию индуктивно-связанной плазмы, которая превратила нанотрубки в связки конической формы. После этого сваренные пучки покрыли аморфным кремнием.

Исследователи считают, что плотная связь между покрытой графеном медной пленкой и углеродными нанотрубками существенно улучшают контакт между активным материалом и токосборником, что позволяет одновременно передавать тепло и заряд намного быстрее, чем обычно, и соответственно увеличить эффективность.

Литий-ионные батареи с использованием нового анода показали отличную стабильность и скорость при множественных циклах зарядки-разрядки. Аноды смогли достигнуть весьма впечатляющих емкостей в 1954 мАч/г (что в пять раз выше, чем у обычных анодов) и сохранить емкость на уровне 1200 мАч/г при 100-процентном заряде после 230 циклов перезарядки.

Если такие батареи поступят в массовое производство, то однажды они позволят нам заряжать наши смартфоны и электромобили в течение нескольких минут, а не часов, как сейчас.

Источник

Батарея с кремниевым анодом — это АККУМУЛЯТОР С ЕМКОСТЬЮ В 10 РАЗ БОЛЬШЕ, ЧЕМ В LI–ION

Ученым университета им. Леланда Стэнфорда и разработчикам специализированной лаборатории при Министерстве энергетики США удалось изобрести аккумуляторную батарею с кремниевым анодом, которая отличается значительно более эффективными энергетическими свойствами по сравнению с современными аккумуляторами . Разработанная батарея с кремниевым анодом способна хранить в десять раз больше заряда в отличие от современных элементов питания.

Уже на протяжении длительного времени ученые пытались решить проблему хрупкости кремния, так как вследствие регулярных циклов заряд/разряд кремниевый анод имеет свойство трескаться. Хрупкость анода можно объяснить тем, что при каждом цикле заряд/разряд кремний расширяется и сужается. Вследствие деформации кремний со временем разламывается. Чтобы решить проблему ученые использовали в процессе создания анода настолько маленькие его наночастицы, которые уже не способны разламываться. Каждую частицу кремния разработчики поместили в оболочку из углерода (лат. Carboneum), в которой наночастица имеет место для расширения. Необходимое количество таких наночастиц разработчики поместили в еще одну большую оболочку из углерода. Такая структура батареи очень напоминает зерна в гранате.

Стоит отметить, что кроме большей емкости по сравнению с литий-ионными аккумуляторами , новая разработка обладает значительно более длительным жизненным циклом. Исследования разработки показали, что после 1 000 раз циклов заряд/разряд батарея способна сохранить емкость на уровне 97%. Также ученые сообщили, что в качестве источника чистых кремниевых наночастиц для новых аккумуляторов может отлично подойти шелуха риса, пятая часть которой состоит из диоксида кремния. Учитывая технические характеристики новой аккумуляторной батареи , разработчики новинки утверждают, что есть все перспективы для коммерциализации проекта.

Источник