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

Гормональные контрацептивы увеличивают риск развития депрессии

Экспедиция «ЭкзоМарс» 19 октября выйдет на орбиту Красной планеты

В России разработали фитнес-приложение для пенсионеров

Rosetta завершила свою 12-летнюю миссию

Растаявшие ледники Гренландии подняли уровень Мирового океана почти на 5 м

У собак есть гены «общительности»

Кстати,
на
52%
сократились...
Водный форум БРИКС ВИК.Нано 2016 ИТиС 2016 Фестиваль науки