Национальная лаборатория Ок-Риджа (ORNL) стала местом впечатляющего технологического достижения в области производства литий-ионных аккумуляторов. Команда ученых под руководством Джасвиндера Шармы успешно справилась с задачей повышения прочности и эффективности аккумуляторов, применяя инновационный сухой способ создания электродов с использованием длинных углеродных волокон. Этот подход открывает новые перспективы для массового внедрения мощных и надежных аккумуляторов в автомобильной промышленности, а также в сегменте мобильных электронных устройств.
Инновационный подход: преимущества сухой обработки электродов
Сухая обработка электродных пленок подразумевает изготовление ключевых компонентов аккумуляторов без участия вредных органических растворителей. Такой способ позволяет снизить энерго- и ресурсоемкость производства: отпадает необходимость в громоздких системах вентиляции, очистке воздуха и дорогостоящей утилизации отходов. Прямой экономический эффект связан также с меньшими затратами на запуск новых производственных линий и сокращением производственных площадей. Однако до недавнего времени этот метод имел существенный недостаток — получаемые пленки отличались низкой прочностью и легко рвались, что затрудняло их практическое использование.
Исследовательская команда ORNL, проанализировав технические ограничения, впервые применила длинные углеродные волокна при изготовлении сухих электродов. В результате удалось получить материал, который не только значительно прочнее и эластичнее своих предшественников, но и способен эффективно проводить электроны, что напрямую влияет на скорость зарядки аккумулятора. Такой электрод обеспечивает превосходную механическую целостность и устойчивость даже при интенсивной эксплуатации, увеличивая эффективность и долговечность аккумуляторов.
Как углеродное волокно меняет правила игры
По словам ведущего ученого Джасвиндера Шармы, именно использование длинных углеродных волокон в составе электродов открыло новые горизонты для совершенствования литий-ионных аккумуляторов. До этого момента большинство исследований ограничивалось наноразмерными углеродными структурами, которые не в полной мере решали проблему механической прочности. ORNL впервые реализовала идею внедрения волокон длиной несколько миллиметров, что позволило создать прочную армирующую сетку внутри электрода.
Особое внимание заслуживает тот факт, что масса добавленных волокон составляет менее 1% от общей массы электрода, а экономия реагентов и снижение затрат значительно превышают расходы на само углеродное волокно. Этот путь делает проект особенно привлекательным для масштабирования. Авторский коллектив подчеркивает, что новые аккумуляторные элементы демонстрируют не только улучшенные электрические параметры, но и прекрасные показатели безопасности: присущая влажным способам склонность к перегреву практически нивелируется.
Новые перспективы для массового применения и экологии
Эксперты ORNL единодушны: предлагаемая методика способна стать новым стандартом в индустрии производства аккумуляторов. Сухая обработка позволяет снижать не только себестоимость, но и экологический след аккумуляторной отрасли, что особенно важно в условиях глобального перехода к устойчивым технологиям. Отказ от токсичных растворителей благотворно влияет на здоровье сотрудников и окружающую среду, снижает вероятность аварий или утечек. Ученые уверены, что на достигнутом останавливаться не стоит: дальнейшее совершенствование рецептур электродов и масштабирование производства могут сделать аккумуляторы на базе того же принципа основой нового поколения электромобилей и гаджетов.
Разработки Национальной лаборатории Ок-Риджа под руководством Джасвиндера Шармы уже вызвали интерес ведущих мировых компаний, занятых в сфере высокотехнологичной энергетики. Открытие нового подхода к использованию углеродного волокна в электродах аккумуляторов дает надежду на существенный скачок в энергоемкости и надежности устройств нашей повседневной жизни. Современная наука становится ключевым драйвером экологичных решений, и этот пример служит отличной иллюстрацией позитивных изменений, которых можно достичь, объединяя компетенции, инновации и заботу о будущем.
Источник: scientificrussia.ru
