Долги години научниците се обидуваат да ги подобрат својствата на литиумските батерии, пред сè со замена на графитната електрода со силициумска, со што се добива 10 пати поголем капацитет за складирање на електрицитет. Но, само после неколку циклуси наполнење и празнење, значително се зголемува веројатноста силициумската структура да испука и да се распадне, со што батеријата станува бескорисна.
Тим за истражување на материјали од Универзитетот Стенфорд тврди дека го пронашле решението на овој проблем – направиле инвентивен дизајн на наноструктура со двоен ѕид која може да трае повеќе од 6000 циклуси на полнење и празнење, повеќе од доволно за електричните автомобили или мобилните уреди.
-Ова е голем напредок кон нашата крајна цел, а тоа е создавање на помали, полесни и подолготрајни батерии од овие што денес ги имаме на располагање – вели Ји Цуи, водач на истражувачкиот тим.
Литиум јонските батерии денес се во широка употреба заради нивниот капацитет за складирање на голема количина на енергија во релативно лесно куќиште. Овие батерии работат преку контролирање на протокот на литиумски јони низ течен електролит кој се наоѓа меѓу двете електроди. Предноста (и недостатокот) од употребата на силициум за анода се наоѓа во начинот на кој литиумските јони се поврзуваат со анодата за време на циклусот на полнење. И до четири литиумски јони може да се поврзат со еден атом на силициум, што е многу повеќе споредено со само еден јон на секои шест јаглеродни атоми кај графитните аноди, од каде доаѓа и големиот капацитет за складирање на овој тип на батерии.
Но, овој процес исто така ја зголемува анодата и до четири пати во волумен. Уште повеќе, одредена количина од електролитот влегува во хемиска реакција со силициумот, создавајќи обвивка околу него, со што тој не е подобен за понатамошно полнење. Кога литиумот истекува од анодата за време на празнење, анодата за собира до својата оригинална големина и обвивката пука, оставајќи го силициумот изложен на електролитот.
За само неколку циклуси, заради напрегањата при ширење и собирање, комбинирано со реакцијата со електролитот, анодата станува потполно уништена.
Во последниве неколку години, истражувачите од Стенфорд успеале постепено да ја подобрат издржливоста на силициумските аноди со тоа што ги направиле од нано-жици и шупливи силициумски наночестички. Нивниот најнов дизајн претставува структура со двоен ѕид направена од силициумска нано цевка обложена со тенок слој на силициум оксид, што претставува многу цврст керамички материјал. Цврстиот слој го спречува надворешниот ѕид на нано цевката да се шири нанадвор. Наместо тоа, материјалот се шири кон шупливата внатрешност на наноцевката, што е сосема безбедно, бидејќи шуплината е премала за да можат во неа да навлезат молекули на електролитот. После првото полнење, вака дизајнираната батерија може да работи цели 6000 циклуси со 85% капацитет.
Нареден чекор на истражувачите е да го поедностават процесот на производство на силициумските нано цевки, како и создавање на катода со подобри карактеристики, што дополнително би придонело за подобрување на својствата на батериите.