Наука и технологии России

Вход Регистрация

Российские учёные создали материал, способный резко повысить скорость зарядки литий-ионных аккумуляторов

Международная группа ученых при участии химиков из МГУ имени М.В. Ломоносова создала катодный материал для литий-ионных аккумуляторов, обладающий высокой скоростью заряда – до 90 секунд – при сохранении более 75% от первоначальной емкости. Изобретение может стимулировать разработку аккумуляторов, где дорогостоящий литий заменяется на более дешевый калий.

Литий-ионные аккумуляторы сегодня можно встретить во многих типах электронных устройств: мобильных телефонах, планшетах, ноутбуках. Популярными они стали в 90-х годах прошлого века, потеснив активно эксплуатируемые ранее никель-металлгидридные батареи. 

Аккмулятор_Tesla_Model_S Аккмулятор Tesla Model S, вид изнутри. Источник: Autotesla.ru

Впрочем, литий-ионные аккумуляторы имеют и ряд отрицательных качеств: так, при снижении температуры окружающего воздуха до отрицательных величин и охлаждении аккумулятора его емкость может довольно сильно уменьшиться. Другая известная проблема литий-ионного аккумулятора — высокая цена, которая обусловлена, главным образом, дорогостоящими литийсодержащими материалами. К примеру, около половины стоимости популярного за рубежом электромобиля TeslaModel S составляет питающая его батарея литий-ионных аккумуляторов. Среди плюсов данного типа аккумуляторов можно назвать компактность, простоту обслуживания, а также высокую энергоемкость – это означает, что со сравнительно небольшим аккумулятором ваше устройство будет работать долго.

Фторидофосфат_ванадия_калия

Полиэдрическое представление кристаллической структуры фторидофосфата ванадия калия. Желтым цветом обозначена трехмерная система каналов, обеспечивающая быстрый транспорт ионов Li+. Источник: Станислав Федотов

Основной элемент литий-ионного аккумулятора, ограничивающий его энергоемкость, – это материал, из которого сделан его катод. Для большинства из них максимум энергоемкости уже достигнут. В связи с этим ученые и инженеры активно ищут новые катодные материалы, способные заряжаться на полную емкость за минуты,  работать при больших плотностях тока, и запасать больше энергии, чем это возможно сейчас. 

Один из наиболее перспективных классов катодных материалов для нового поколения литий-ионных аккумуляторов – это фторидофосфаты переходных металлов.

Работа, выполненная коллективом научных сотрудников химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова совместно с российскими и бельгийскими коллегами посвящена созданию нового высокомощного катодного материала на основе фторидофосфата ванадия и калия для литий-ионных аккумуляторов. Результаты работы опубликованы в журнале Chemistry of Materials (текущий импакт-фактор – 8.354). 

«В основе работы лежит достаточно простая идея о геометрическом и кристаллохимическом соответствии катионной и анионной подрешеток», – комментирует Станислав Федотов, младший научный сотрудник кафедры электрохимии химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова и один из авторов работы.

Ученым удалось стабилизировать уникальный кристаллический каркас, обеспечивающий быстрый транспорт ионов лития за счет обширных протяженных полостей и каналов. Как следствие, предложенный катодный материал продемонстрировал высокие скорости заряда и разряда (вплоть до 90 секунд) с сохранением более 75% от первоначальной удельной емкости. После оптимизации морфологии и состава материал сможет составить серьезную конкуренцию известным коммерциализированным высокомощным катодным материалам, таким как NaSICON.

По словам авторов исследования, результаты текущей работы не только открывают широкий простор для поиска и последующего синтеза новых катодных материалов для литий-ионных аккумуляторов, но и являются серьезным стимулом к активной разработке нового типа аккумуляторов, в которых в роли подвижного иона (носителя заряда) будет выступать не ион лития, а ион калия.

«Предполагается, что такие аккумуляторы не только обеспечат высокие энергетические показатели, но и станут крайне привлекательными с экономической точки зрения за счет существенного уменьшения стоимости при замене дорогостоящих литийсодержащих компонентов на более доступные и дешевые калийсодержащие аналоги», – рассказывает Станислав Федотов.

РЕЙТИНГ

4.83
голосов: 6

Обсуждение

Новости

Hubble заснял полярное сияние на Юпитере

Наношарф защитит от папарацци

В Сибири создали универсальный маркер стволовых раковых клеток

Биохимики нашли естественное «противоядие» от болезни Альцгеймера

Стали известны детали самой успешной операции по пересадке лица

Система редактирования геномов оказалась эффективной против герпеса

Кстати,
на
52%
сократились...
Конференция IPS-21