«Это святой Грааль — недорогой, нетоксичный, экологически чистый способ производства высокоэффективных анодов для литий-ионных батарей», — сказал Закари Фаворс, аспирант, работающий с Ченгизом и Михри Озканом, профессорами инженерного дела в Калифорнийском университете в Риверсайде.
Идея пришла в Favors полгода назад.
Он отдыхал на пляже после серфинга в Сан-Клементе, Калифорния. когда он взял немного песка, внимательно посмотрел на него и увидел, что он состоит в основном из кварца или диоксида кремния.
Его исследования сосредоточены на создании лучших литий-ионных батарей, в первую очередь для личной электроники и электромобилей. Он ориентирован на анод, или отрицательную сторону аккумулятора. Графит в настоящее время является стандартным материалом для анода, но по мере того, как электроника стала более мощной, возможности графита быть улучшены практически исчезли.
В настоящее время исследователи сосредоточены на использовании кремния на наномасштабе, или миллиардных долях метра, в качестве замены графита. Проблема с наноразмерным кремнием заключается в том, что он быстро разлагается и его трудно производить в больших количествах.
Компания выступает за решение обеих этих проблем.
Он исследовал песок, чтобы найти место в Соединенных Штатах, где он найден с высоким процентом кварца. Это привело его к водохранилищу Сидар-Крик, к востоку от Далласа, где он вырос.
В руке он вернулся в лабораторию в Калифорнийском университете в Риверсайде и измельчил его до нанометрового масштаба, после чего последовал ряд этапов очистки, изменяющих его цвет с коричневого на ярко-белый, похожий по цвету и текстуре на сахарную пудру.
После этого он измельчил соль и магний, оба очень распространенных элемента, растворенных в морской воде, в очищенный кварц. Полученный порошок затем нагревали.
С солью, действующей как поглотитель тепла, магний удалял кислород из кварца, в результате чего получался чистый кремний.
Команда Ozkan осталась довольна тем, как прошел процесс. И они также столкнулись с дополнительным положительным сюрпризом. Чистый нанокремний сформирован в очень пористой трехмерной силиконовой губке, похожей на консистенцию.
Эта пористость оказалась ключом к повышению производительности батарей, построенных из нанокремния.
Повышенная производительность может означать увеличение ожидаемого срока службы кремниевых аккумуляторных батарей для электромобилей в 3 и более раз, что будет иметь большое значение для потребителей, учитывая, что замена батарей стоит тысячи долларов. Для сотовых телефонов или планшетов это может означать необходимость подзарядки каждые три дня, а не каждый день.
Результаты были опубликованы в журнале Nature Scientific Reports.
Теперь команда Ozkan пытается производить большее количество нанокремниевого пляжного песка и планирует перейти от батареек размером с монету к батареям размером с мешочек, которые используются в сотовых телефонах.
Исследование поддержано Temiz Energy Technologies. Управление коммерциализации технологий UCR подало патенты на изобретения, о которых говорится в исследовательском документе.