Ученые в Сибири разрабатывают морозостойкие материалы для аккумуляторов
Новосибирск. 29 октября. ИНТЕРФАКС - Ученые из Института неорганической химии им. А.В.Николаева СО РАН (ИНХ СО РАН, Новосибирск) занимаются поиском новых анодных материалов для литий-ионных и натрий-ионных аккумуляторов, которые будут устойчивы к перепадам температур, сообщает издание СО РАН "Наука в Сибири".
"Когда возникла идея проекта, мы старались подобрать материал, который показывал бы свою эффективность как в литий-, так и в натрий-ионных аккумуляторах. Поскольку гибридные материалы на основе дисульфида молибдена уже исследовались нами ранее и показали высокий результат при комнатной температуре, мы решили продолжить работу с ними, но несколько модифицировав", - отмечает научный сотрудник ИНХ СО РАН Анна Ворфоломеева.
Дисульфид молибдена проявил большой потенциал. Для литий-ионных аккумуляторов были достигнуты значения порядка 1000 мАч/г, в натрий-ионных - порядка 300-400 мАч/г.
Ученые разработали методику синтеза, заключающуюся в быстром нагревании прекурсора (исходного вещества) до заданной температуры. Она позволяет получать материалы с увеличенным расстоянием между слоями, с помощью чего возможна интеркаляция ионов лития или натрия.
Чтобы предотвратить деградацию материала, ученые разрабатывают несколько основных методик. Одна из них заключается в создании материала с углеродной компонентой, который обладает проводимостью и обеспечивает стабильность электродного материала во время работы.
Еще один метод - создание "вакансии" (отсутствие атома в узле кристаллической решетки) либо внедрение атомов, отличных от молибдена и серы, так меняется электронная структура, в результате чего возможно увеличение электронной проводимости материала и увеличение емкости.
Ученые сначала тестируют новый материал при комнатной температуре, а затем снижают ее: до +10C, до 0C и дальше до -20C.
Отмечается, что при проведении испытаний исследователи уделили большое внимание электролиту. Он чувствителен к температуре и может замерзать, поэтому при низких градусах происходит не такой эффективный перенос заряда. После варьирования составов электролитов ситуация заметно улучшилась, теперь емкости сохраняются на достаточно высоких уровнях и в литий-, и в натрий-ионных аккумуляторах. Если рассматривать процесс сохранения емкости от комнатной температуры (25C) до -20C, то он составляет 80% в литий-ионных и 60% - в натрий-ионных, это хорошие показатели, при том, что работа батареи остается стабильной.
"Сейчас мы проводим исследования до -20C, но планируем спускаться и ниже. Проект начали полгода назад и постепенно испытываем материалы при всё более низкой температуре", - сообщила Ворфоломеева.
Литий-ионные аккумуляторы используются повсеместно: от смартфонов и ноутбуков до крупной техники, в частности, электромобилей и электробусов. Однако запасы лития ограничены, в природе он встречается гораздо реже натрия, соответственно, его стоимость существенно выше. И поскольку натрия больше, аккумуляторы на его основе дешевле.