Водород улучшает свойства литий-ионных аккумуляторов.

Ученые из Ливерморской Национальной Лаборатории (штат Калифорния, США), созданной в 50-х прошлого века для разработки ядерного оружия, провели исследование по воздействию водорода на литий-ионные аккумуляторы. Оказалось, что первый элемент периодической системы Менделеева, способствует увеличению емкости аккумулятора, а также улучшает его проводимость.

Для работы использовались литиевые аккумуляторы с анодом из графеновой нанопены – пока что экспериментальная, но уже многообещающая технология. Графен – аллотропная (аллотропы – разные формы одного и того же химического элемента) модификация углерода, первый двухмерный материал, созданный человеком.

Он представляет собой тончайшую пленку, структура которой – гексагональная (шестиугольная) решетка толщиной в один атом. Свойства этого, относительно нового материала (был впервые получен в 2004 году), пока что полностью не изучены, но из того, что уже известно, следует, что сферы его применения могут быть многочисленны и разнообразны. Графеновая нанопена – это трехмерная модификация вещества, которой уже нашли применение в десятках различных технологиях, в том числе и носителях энергии – литий-ионных аккумуляторах, хранилищах для водорода, суперконденсаторах и т.д. Благодаря исследованиям, проводимым в Ливерморе, если предположения ученых подтвердятся, все эти технологии могут стать гораздо эффективнее.

В процессе производства «тонкого» углерода, остается атомарный водород. Известно, что его адсорбенты влияют на структуру решетки, а лишенный полностью водорода графен полностью утрачивает свои свойства к проводимости. Фактически, он превращается в изолирующий материал, что идет в разрез с характеристиками, которые требуются от него при производстве аккумуляторов. Цель исследования – выяснить всё о связи гидрогена и графена, и понять, как этой связью воспользоваться, чтобы улучшить качество материала, влиять на его свойства и т.п.

Если обдать охлажденным гидрогеном «тонкий» углерод, в нем появляются маленькие отверстия, сквозь которые легче проходят ионы лития, то есть повышается проводимость аккумулятора – он лучше отдает заряд, легче и быстрее заряжается. Кроме того, после такой обработки графенового электрода, литий легче привязывается к краям графена, за счет этого емкость аккумулятора увеличивается.

Очевидно, что незначительные дефекты, которые наносятся водородом графену – значительно улучшают характеристики аккумуляторной батарей. Теперь ученым предстоит выяснить, как оптимизировать плотность дефектов в графене и как наиболее эффективно включать водород, - для достижения наивысшей плотности энергии в литий-ионных аккумуляторных батареях. По имеющимся же результатам можно смело утверждать, что литиевые батареи переживут еще не одно рождение, их характеристики будут улучшаться с каждым новым открытием, а альтернативная энергетика и электротранспорт полностью и навсегда изменят мир к лучшему.