Ученые синтезировали и изучили соединение Na(Li1/3Mn2/3)O2. Оно оказалось весьма перспективным катодным материалом для натрий-ионных аккумуляторов. Исследование опубликовано в журнале Nature Materials.
Литий-ионные аккумуляторы получили широкое распространение в современном мире. Их активно используют в бытовой электронике. Кроме того, они являются движущим фактором развития электрического транспорта. Но у лития есть ряд проблем. Запасы этого металла на планете весьма ограничены, а технологии добычи — неэкологичны. Поэтому ученые уже давно ищут другие решения в области хранения электроэнергии, которые были бы эффективнее, надежнее и безопаснее. Одним из них является технология натрий-ионных аккумуляторов. Запасы натрия на Земле гораздо больше, чем лития, что позволяет заметно удешевить его добычу и переработку, а следовательно — и сам аккумулятор. Однако до сих пор ученым не удавалось создать натрий-ионную батарею с достаточно высокой плотностью энергии и стабильностью работы. Поэтому сегодня исследователи ищут новые катодные материалы на основе натрия с оптимальным составом и структурой.
Российские ученые из Сколковского института науки и технологий в составе международной команды исследователей также участвуют в этом поиске. Они обратились к соединению Na(Li1/3Mn2/3)O2. Ученые показали, что оно весьма перспективно как катодный материал благодаря высокой удельной плотности энергии, отсутствию падения рабочего напряжения при длительном циклировании и устойчивости к воздействию влаги.
«Мы провели целый комплекс исследований различными передовыми методами просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), используя оборудование нашего Центра коллективного пользования “Визуализация высокого разрешения”. Мы изучили кристаллическую структуру соединения Na(Li1/3Mn2/3)O2 методом электронной дифракции и выполнили её прямую визуализацию при помощи сканирующей ПЭМ с атомным разрешением. Кроме того, мы провели анализ строения Na(Li1/3Mn2/3)O2 в различных степенях заряда с помощью ПЭМ и проследили, как меняется его кристаллическая структура в процессе электрохимического циклирования», — рассказал Анатолий Морозов, один из авторов исследования из Сколтеха.
Обратимая (разрядная) емкость нового соединения достигла 190 мАч/г. Это довольно высокое значение для катодных материалов натрий-ионных аккумуляторов. Причем, как отмечают ученые, эти показатели не меняются даже через множество циклов заряда и разряда. Сам материал при этом устойчив к воздействию влаги, что необычно для таких соединений. «Также при продолжительном электрохимическом циклировании у соединения Na(Li1/3Mn2/3)O2 не наблюдалось значительного снижения рабочего напряжения, что является главным недостатком аналогичных слоистых катодных материалов с повышенным содержанием лития», — пояснил Морозов.
Однако при всех преимуществах, у нового соединения есть и недостаток. Это большое значение гистерезиса напряжения в процессе заряда и разряда аккумулятора, из-за чего страдает энергоэффективность катодного материала. Данная проблема может стать препятствием для коммерческого внедрения разработки. «Мы полагаем, что появление гистерезиса напряжения связано с миграцией марганца в процессе работы аккумулятора. Это означает, что в будущем для решения этой проблемы необходимо будет разработать модель упорядочения катионов и найти способ управлять этим процессом», — отметил Морозов.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
