Российские ученые показали, что фосфат лития-алюминия-титана (LATP) очень чувствителен к воде, что существенно влияет на производительность и срок службы аккумуляторов на его основе, которые обладают высокой энергоемкостью. Результаты исследования опубликованы в журнале Chemistry of Materials.

Возобновляемая энергетика привлекает сегодня все больше внимания благодаря своей экологичности и высокоэффективному преобразованию энергии. Тем не менее ее внедрение часто вызывает проблемы из-за непостоянства природных источников энергии. Решить эту проблему можно с помощью высокоемких аккумуляторов.

Самым перспективным классом таких устройств для этой цели считаются проточные редокс-аккумуляторы. Они легко масштабируются, удобны в работе, а их выходную мощность можно легко контролировать. В таком виде аккумуляторов в качестве электродов используются жидкости (анолит и католит), а в качестве ионопроводящего электролита — твердая мембрана. Так как именно свойства мембраны влияют на конечные рабочие показатели и срок службы аккумулятора, исследователи рассматривают возможность изготовления мембран из различных материалов, в том числе неорганических и полимерных.

Одним из таких соединений является LATP — Li_1.3Al_0.3Ti_1.7(PO₄)₃. Этот литиевый проводник известен довольно давно и относится к семейству NASICON. Все материалы этого семейства обладают похожей кристаллической структурой, которая и определяет их высокую ионную проводимость.

В своей работе ученые из Сколковского института науки и технологий, МГУ им. М. В. Ломоносова и Института химической физики им. Н. Н. Семенова РАН решили выяснить, как на свойства этого перспективного соединения влияет обычная вода. В предыдущих работах исследователи уже показали, что проводимость этого материала сильно уменьшается при хранении на воздухе или в аргоне. Тогда авторы выдвинули гипотезу о том, что главной причиной снижения проводимости может быть влажность, и решили проверить, как вода воздействует на материал.

В своей работе исследователи помещали синтезированные образцы проводника в деионизированную воду и выдерживали их до 12 часов. После этого ученые анализировали электрохимические, структурные, химические и морфологические свойства образцов, подкрепляя полученные измерения построенными моделями.

В результате экспериментов исследователи показали, что при контакте с водой свойства керамического проводника становятся намного хуже: его выдержка в воде в течение двух часов уменьшает общую ионную проводимость на 64%. Авторы также увидели, что на поверхности материала образуются микротрещины, искажаются формы его зерен, образуются наночастицы, изменяется химический состав материала и происходит сжатие элементарной ячейки, а также изменения внутриструктурных полиэдров. Полученные результаты показывают, что этот перспективный материал очень чувствителен к воде и не может применяться в водных проточных редокс-аккумуляторах.