Силициумот може да складира 10 пати повеќе енергија од графитот, но при полнењето се шири и притоа ја уништува структурата на електродата. Графенските наноцевки можат да го променат тоа
Батериите со години напредуваат побавно од речиси сè друго во нашите телефони. Екраните стануваат поголеми, камерите подобри, процесорите побрзи, додека капацитетот на батериите расте само во мали, речиси козметички чекори. Причината е едноставна: графитот, материјалот од кој се изработуваат анодите, одамна ги достигна своите граници. Решението што би можело од корен да ја промени ситуацијата всушност постои со децении, но до неодамна не можеше практично да се примени. Станува збор за силициумот, а клучот за неговата успешна употреба се графенските наноцевки.
Во стручните кругови тие се познати и како едноѕидни јаглеродни наноцевки. Најинтересно од сè е тоа што нивната структура е толку тенка што илјадници од нив би можеле да се наредат по ширината на само едно човечко влакно.
Зошто силициумот досега не се користеше, иако е подобра опција
Силициумот теоретски може да прими и до девет пати повеќе литиумски јони од графитот, што би овозможило драматично поголем капацитет на батеријата со исти димензии. Проблемот е во физиката. Додека се полни со литиум, силициумот го зголемува својот волумен за повеќе од 300%, а потоа при празнењето речиси се враќа во првобитната големина. Овој циклус се повторува одново и одново.
Замислете секој ден да надувувате и издувувате балон до неговите крајни граници. По десетина повторувања, материјалот едноставно попушта. Токму тоа се случува со честичките силициум во батеријата. Тие пукаат, го губат контактот со остатокот од електродата и батеријата го губи капацитетот многу побрзо отколку што би требало. Затоа индустријата со години додаваше само неколку проценти силициум во графитните аноди – доволно за капацитетот малку да се зголеми, но не толку за да дојде до уништување на структурата.
Графенските наноцевки како мрежа што сè држи на место
Тука во приказната влегуваат графенските наноцевки. Тоа се цилиндри чии ѕидови се дебели само еден атом јаглерод, поцврсти од челикот и подобри спроводници на електрична енергија од бакарот. Кога во многу мали количества, помали од еден процент од вкупната маса, ќе се додадат во електродата, тие се распоредуваат низ материјалот и формираат густа, еластична мрежа.
Оваа мрежа истовремено извршува две функции. Физички ги обвиткува честичките силициум и ги одржува поврзани дури и додека тие се шират и собираат. Истовремено, одржува стабилна електрична спроводливост во текот на целиот процес. Тоа е нешто што конвенционалните спроводливи адитиви едноставно не можат да го издржат. Тие ги поврзуваат силициумот и другите честички на електродата само во одделни точки, па кога силициумот ќе се прошири, овие врски лесно може да се прекинат.
Резултатот е дека електродите сега можат да содржат значително поголем удел на силициум, дури и во системи со аноди богати со силициум или речиси целосно силициумски аноди, со зачувување на перформансите низ илјадници циклуси на полнење, без драматичен пад на капацитетот.
Доколку ве интересираат детални анализи и податоци од истражувањата, погледнете ги трудовите објавени во Scientific Reports и Wiley Advanced.
Што значи тоа за телефонот во вашиот џеб
За крајниот корисник, придобивките се значителни. Тоа може да значи поголем капацитет на батеријата со исти димензии или исто траење на батеријата во потенок телефон. Батеријата зафаќа најголем дел од внатрешниот простор и тежината на секој уред, па секој дополнителен процент на енергетска густина директно може да се претвори во подолга автономија, побрзо полнење или повеќе простор за подобра камера и поголем екран.
Силициумско-јаглеродните аноди зајакнати со наноцевки веќе се користат во најновите премиум модели на паметни телефони. Само во текот на 2025 година, на пазарот се појавиле околу 350 милиони паметни телефони со батерии подобрени со графенски наноцевки. Производителите бележат зголемување на капацитетот од 10% или повеќе во рамките на истите физички димензии на батеријата, без скратување на нејзиниот животен век.
Тоа не е само мало подобрување, туку поместување на границата која изгледаше речиси непроменета уште од деведесеттите години на минатиот век, кога литиум-јонските батерии станаа индустриски стандард.
Она што ја прави оваа технологија особено привлечна е фактот што графенските наноцевки како адитив можат да се внесат во постојните производствени процеси. Тоа значително го забрзува патот од лабораторијата до продавниците. Токму затоа сè повеќе производители на електроника се насочуваат кон оваа досега незабележлива состојка на батериите од новата генерација.
