Международный научный коллектив, в составе которого физики Уральского федерального университета, придумал, как значительно увеличить емкость и скорость зарядки литий-ионных батарей, снизив их стоимость и размер. Для создания высокоэффективного катода (элемента батареи, который накапливает энергию, определяет мощность и стоимость) они предложили использовать тонкопленочный пентоксид ванадия с никелем. Описание материала исследователи опубликовали в журнале Surfaces.
Иван Жидков, руководитель исследовательской группы от УрФУ. Фото: Родион Нарудинов / УрФУ
«Пентоксид ванадия — перспективный материал для катодов литий-ионных батарей: его относительно просто создавать, у него высокое рабочее напряжение, низкая стоимость и главное — высокая емкость, которая может достигать 294 мАч/г, а по некоторым оценкам, и 596 мАч/г, то есть столько энергии может запасти один грамм вещества. Для сравнения: емкость батарей современных смартфонов составляет 140–160 мАч/г, передовых коммерческих электрокаров — 160-200 мАч/г. А материалы емкостью 250–300 мАч/г пытаются сегодня получить в мировых лабораториях для создания батарей будущего — с большим запасом энергии, быстрой зарядкой и продолжительным сроком службы», — объясняет заведующий лабораторией фотовольтаических материалов УрФУ Иван Жидков.
Несмотря на высокую емкость, у пентоксида ванадия есть серьезные недостатки, которые пока ограничивают его практическое применение, — низкая электронная проводимость и деградация.
«Проблема в том, что он плохо проводит ток, что влияет на многие характеристики: скорость заряда и разряда батареи, ее нагрев, в конечном счете ускоряет деградацию. Для решения этой задачи мы внедрили атомы никеля в структуру материала методом ионной имплантации. В итоге нам удалось не разрушить материал и улучшить электропроводность примерно в три раза по сравнению с исходным пентоксидом ванадия. Оговорюсь, что другие характеристики — функциональность и стабильность — нам еще предстоит проверить на готовом изделии», — рассказывает Иван Жидков.
Следующий шаг ученых — проверить свойства полученного материала на образцах и продолжить работу над повышением электропроводности до уровня современных промышленных аналогов из других материалов.
Отметим, в состав научной группы вошли ученые из России, Китая, Люксембурга, Франции.
Справка
Литий-ионные батареи — одна из самых динамично развивающихся и капиталоемких технологических отраслей. Основные научные работы на сегодня направлены на повышение плотности энергии, снижение стоимости готового изделия, уменьшение размеров батарей и обеспечение безопасности.
По данным различных аналитических агентств, в 2026 году мировой объем рынка литий-ионных батарей достигнет примерно 136 млрд долларов. Ключевым драйвером роста являются электромобили (главный потребитель мощных батарей). Ожидается, что к 2030 году на электромобили может приходиться почти 89% всех батарей. По итогам 2025 года на мировом рынке доминирует Азиатско-Тихоокеанский регион, на который приходится более 55,7% мирового рынка (преимущественно на Китай).
Информация и фото предоставлены Департаментом по связям с общественностью УрФУ
Автор фото: Родион Нарудинов / УрФУ
