Химики усовершенствовали литий-ионные батареи, сделав их более емкими и экологичными - «Технологии»

Ученым химикам из Франции и России удалось создать соединение, которое позволит значительно увеличить емкость литий-ионных батарей и, одновременно, сделать их более экологичными. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Materials.

На литий-ионных аккумуляторах сегодня работает самая разнообразная техника: от мобильных телефонов до электрических автомобилей и даже марсианского ровера Curiosity. «В таких устройствах, как мобильные телефоны, используются батареи на основе кобальтата лития (LiCoO2), однако с точки зрения науки это уже устаревший материал, к тому же он дорогой и может возгораться при работе аккумулятора при больших токах. Аккумуляторы в автомобилях и прочей крупногабаритной технике работают на других химических соединениях, например, литий-железо-фосфате, более дешевом и безопасном катодном материале. Тем не менее поиск новых материалов продолжается: нужны материалы с еще большей энергоемкостью и удельной энергией», — отмечает Косова, руководитель группы материалов для литий-ионных аккумуляторов в Институте химии твердого тела и механохимии СО РАН в Новосибирске.

В состав литий-ионного аккумулятора входят традиционные для такого устройства элементы: положительный электрод (анод) — оксид или соль (например, фосфат), содержащие ионы лития, электролит — раствор, содержащий соли лития, и отрицательный электрод (катод), который может изготавливаться, например, из графита. Во процессе зарядки батареи электрический ток заставляет положительно заряженные ионы лития двигаться в электролите от одного электрода к другому, а во время расхода заряда ионы движутся в противоположном направлении. Используемый для анода материал может быть разным, что сказывается на емкости батарей, влияет на устойчивость к определенному количеству циклов зарядки/разрядки и другие характеристики.

Ранее исследователи выяснили, что, если использовать для положительного электрода никелесодержащие материалы, то получаются хорошие результаты. «Наша работа посвящена соединению, содержащему марганец: он дешевле никеля и менее токсичен», — пояснила руководитель.

По теме: Prieto Battery: новые 3D батареи из металлической пены могут трансформировать индустрию накопителей энергии

Литий-ионные аккумуляторы, в состав которых входят компоненты основе соединений марганца, уже известны и применяются – в них используется литий-марганцевая шпинель LiMn2O4. Такими батареями оснащаются электрокары, они хорошо работают при температуре ниже 50 градусов Цельсия, однако при повышении температуры их емкость падает.

«Мы решили синтезировать и исследовать соединение, в которое также входят марганец и литий, но в другом соотношении (отношение Li:Mn в нем выше, а значит, и емкость должна быть больше). В результате обнаружили новый материал (Li4Mn2O5) с емкостью, которая превышала все ранее известные соединения», отмечает Косова.

Известно, что наличие наноструктуры у электродов положительно влияет на их электрохимические свойства. А предложенный сибирскими учеными новый механохимический метод синтеза позволяет получать соединение как раз в форме наноразмерных частиц, причем делать это можно при комнатной температуре.

Первоначально исследование проводилось в рамках договора о научном сотрудничестве с компанией SAFT – французским производителем комплектующих для аккумуляторов. В итоге был зарегистрирован ряд патентов. Затем к работе подключился Университет Кан Нижняя Нормандия и французские коллеги независимо подтвердили положительный эффект новой разработки, а также провели собственные исследования полученного соединения.

Источник: chrdk.ru