Loading...

Разработан новый материал для натрий-ионных батарей
rawpixel.com / Freepik

Российские исследователи из Сколтеха и МГУ имени М.В. Ломоносова предсказали и разработали новый материал для изготовления натрий-ионных батарей, альтернативе литий-ионным аккумуляторам. Катод, изготовленный из нового материала, стал рекордсменом по энергоемкости. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Во всех портативных электронных устройствах, в электромобилях, на электростанциях в настоящее время активно используются литий-ионные аккумуляторы. Несмотря на все плюсы этих батарей, их применение сопряжено с экономическими рисками. Так, например, за год цены на релевантные для промышленности соединения лития выросли в 5 раз. Кроме того, месторождения лития разбросаны по миру, а их разработка весьма неэкологична. В качестве альтернативы литию можно использовать элемент, который принадлежит к той же группе в периодической таблице,  натрий. Структура натрий-ионных аккумуляторов мало отличается от литий-ионных, но для успешной реализации этой технологии нужно вновь подбирать оптимальные условия и материалы.

Российские ученые сначала теоретически предсказали, а затем получили и экспериментально проверили новый материал для натрий-ионных батарей  фторидофосфат натрия-ванадия. Ранее уже было синтезировано похожее соединение с таким же названием, но они различаются по соотношению атомов и по строению кристаллической решетки. Испытав новое соединение, ученые показали, что энергоемкость натрий-ионных батарей с таким катодом на 10–15% выше, чем при использовании других катодных материалов. Это делает фторидофосфат натрия-ванадия новым рекордсменом по энергоемкости. Кроме того, этот материал достаточно стабилен, что гарантирует большую долговечность батареи. Аккумуляторы на основе этого материала способны исправно функционировать при пониженных температурах, что в особенности актуально для нашей страны.

Натрий-ионные батареи с катодами, изготовленными из разработанного учеными материала, в будущем смогут успешно составлять конкуренцию литий-ионным аккумуляторам. Возможно, они даже смогут заменить их в ряде применений.

«В "батареечном" сообществе в целом больше принято искать материалы или эмпирически, то есть методом проб и ошибок, или проверяя одним махом огромный набор соединений. Наш же подход  рациональный дизайн на основе химии твердого тела: мы отталкиваемся от фундаментальных законов и принципов и стараемся прийти к материалу с желаемыми свойствами. Теоретические соображения подсказали нам базовую формулу материала, который мог бы обеспечить высокую энергоемкость. Следующий этап  понять, какая кристаллическая структура сможет позволить полностью реализовать эту емкость. Мы выбрали решетку по образу и подобию титанил-фосфата калия, которая ранее изучалась в нелинейной оптике, но для аккумуляторных технологий нова. После того как теоретическую часть подробно проработали и стало ясно, что это конкретное соединение с этой конкретной решеткой должно сработать, мы его синтезировали методом низкотемпературного ионного обмена, и его превосходные характеристики получили подтверждение в эксперименте»,  рассказал Семен Шраер, главный автор исследования, стажер-исследователь из Сколтеха.


Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.