Контроль потока тепла через материалы имеет большое значение для многих технологий. В то время как доступны материалы с высокой и с низкой теплопроводностью, материалы с переменной и обратимой теплопроводностью – редки. И, за исключением экспериментов с высоким давлением, были зарегистрированы лишь небольшие обратимые модуляции этого параметра.

Впервые, исследователи из Университета штата Иллинойс в Урбане-Шампейне экспериментально показали, что теплопроводность литий-оксид кобальта (LixCoO2), важного вещества применяемого при производстве аккумуляторов для электрохимического хранения энергии, может обратимо электрохимически модулироваться в значительном диапазоне.

«Эта работа является первой экспериментальной демонстрацией электрохимической модуляции теплопроводности материала, и, по сути, является единственным примером значительного обратимого изменения теплопроводности в материале, каким-либо способом, кроме применения очень высокого давления», — объяснил Пол Браун (Paul Braun), профессор материаловедения и инженерии. Результаты проведенного исследования были представлены в статье «Электрохимически перестраиваемая теплопроводность литий-оксид кобальта», опубликованной в журнале «Nature Communications».

Одной из технологий, на которой непосредственно скажутся результаты этой научной работы, может быть электрохимическая энергетика, занимающаяся аккумулированием энергии. Понимание и управление выделением и рассеиванием тепла в аккумуляторных батареях является критически важным. Тем не менее, до этой работы было даже неизвестно, что теплопроводность материалов, обычно используемых в качестве катодов, значительно изменяется в зависимости от состояния заряда аккумулятора.

«Наша работа открывает возможности для динамического контроля теплопроводности и, кроме того, может быть важна для управления тепловыделением в электрохимических накопителях энергии, которые используют катоды на основе переходных оксидов металлов, таких как литий-оксид кобальта», — добавил профессор Дэвид Кэхилл (David Cahill), один из соавторов статьи.

Лучшее понимание тепловых свойств электродов батарей может помочь в разработке аккумуляторов, которые смогут заряжаться быстрее, накапливать больше энергии, и работать в большем диапазоне прочности и безопасности, так как тепло, выделяемое во время быстрой перезарядки и температурные изменения в целом очень вредны для литий-ионных аккумуляторов.

Литий-оксид кобальта представляет собой химическое соединение, широко используемое в положительных электродах (катодах) литий-ионных батарей. Процесс «литиирования» (разряда) и «делитиирования» (заряда) материала катода в батареях является одним из основных электрохимических процессов в литий-ионных аккумуляторах. Новую технологию можно будет применить в дальнейшем и в тканях. 

«Экспериментальная система разработана предельно простой, чтобы избежать неоднозначности, часто встречающейся в термических исследованиях, — заявил Джиунг Чо (Jiung Cho), первый из соавторов статьи. – Пленка литий-оксид кобальта наносилась помощью напыления непосредственно на покрытый металлом электрод, который затем погружался в общий электролит». При этом измерялась теплопроводность литий-оксид кобальтовой тонкой пленки в зависимости от «литиирования».

«Мы проводили эксперименты, которые позволяли прямое наблюдение изменения теплопроводности непосредственно в месте расположения электродов в электролите в зависимости от степени литиирования и эксперименты на образцах вне электролита, — сказал Чо. — Мы предполагаем, что полученные данные являются достаточно общими, и что это только первый пример оксидов переходных металлов с зависящей от степени окисления теплопроводностью», — добавил Браун.

Источник: http://tgdaily.ru/?p=6255