Материалы портала «Научная Россия»

Российские ученые сделали аккумуляторы более емкими

Российские ученые сделали аккумуляторы более емкими
Специалисты Сибирского отделения РАН разработали новый материал для литий-ионных аккумуляторов на основе наноразмерного литий-марганцевого оксида.

Ученые из Института химии твердого тела и механохимии СО РАН создали новый материал для литий-ионных аккумуляторов на основе наноразмерного литий-марганцевого оксида. Батареи на его основе будут более емкими, а скорость их заряда значительно возрастет. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Materials и представлены в пресс-релизе.

Один из электродов аккумулятора — катод — должен иметь в своем составе ионы d-металлов, которые способны легко менять степень окисления. В качестве второго — анода — чаще всего используется углеродный материал (например, графит). Оба эти электрода обладают способностью обратимо внедрять в свою структуру и экстрагировать ионы лития. Однако когда эти последние, будучи положительно заряженными, уходят из вещества, по закону электронейтральности ионы d-металла должны окисляться: из одного- в двухвалентные, из двух- в трех- и т.д.

Раньше исследовали материалы, из которых можно было экстрагировать только один ион лития на формульную единицу, при этом заряд иона d-металла увеличивался также на единицу — то есть происходил одноэлектронный процесс, что определяло достаточно небольшую емкость аккумулятора. В дальнейшем стало понятно: необходимо найти такие материалы, из структуры которых можно было бы экстрагировать два или три иона лития, а для этого нужно подбирать d-металлы, способные к многоэлектронному процессу окисления-восстановления.

Российские ученые обнаружили, что в качестве таких металлов можно использовать никель, ванадий, марганец. В данном случае был выбран третий вариант, так как первые два ядовиты.

«Наша статья посвящена новому электродному материалу на основе литий-марганцевого оксида, в котором может быть реализован процесс экстракции-внедрения нескольких ионов лития из структуры и окисления-восстановленияионов марганца не на одну единицу, а на две, причем при высоком напряжении. В результате получилось и повысить напряжение, и увеличить емкость», — пояснила один из авторов исследования Нина Косова.

Ученые воспользовались твердофазным механохимическим синтезом, который в последнее время широко используется для создания новых функциональных материалов. С помощью механохимии нужное соединение удалось синтезировать, во-первых, при комнатной температуре, без всякого нагрева, а во-вторых — в наноразмерном состоянии.

В перспективе материал может быть использован для изготовления литий-ионных аккумуляторов, которыми сегодня оснащено множество устройств — от мобильных телефонов до электромобилей.

аккумуляторы катоды твердофазный механохимический синтез

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий