Российские учёные улучшили литий-ионные аккумуляторы

Открытие ученых Института химии твердого тела и механохимии (ИХТТМ) СО РАН позволит сделать источники питания более емкими и значительно увеличить скорость заряда, сообщает «Наука в Сибири».

Используемый в литий-ионных аккумуляторах кобальтат лития имеет определенные недостатки. Цена этого материала очень высокая из-за того, что все сырье, содержащее кобальт, находится в руках одного монополиста. К тому же, кобальтат лития имеет малую практическую энергоемкость и не выдерживает работы при больших скоростях заряда-разряда. Поэтому его нельзя использовать в крупногабаритных аккумуляторах — например, в электромобилях.

Ученые хотели одновременно повысить напряжение и увеличить мощность аккумуляторов. «Наша статья посвящена новому электродному материалу на основе литий-марганцевого оксида, в котором может быть реализован процесс экстракции-внедрения нескольких ионов лития из структуры и окисления-восстановления ионов марганца не на одну единицу, а на две, причем при высоком напряжении. В результате получилось и повысить напряжение, и увеличить ёмкость», — сообщает старший научный сотрудник ИХТТМ СО РАН кандидат химических наук Нина Васильевна Косова.

В своей новой разработке новосибирские исследователи воспользовались твердофазным механохимическим синтезом. В последнее время этот метод широко используется для создания новых функциональных материалов. Кроме того, ИХТТМ СО РАН занимает лидирующие позиции в России и в мире по применению этого синтеза.

«Мы показали, что ионы марганца могут участвовать в двухэлектронном окислительно-восстановительном процессе параллельно с ионами кислорода, причем при высоком напряжении, — отмечает Нина Косова. — С помощью механохимии нужное соединение удалось синтезировать, во-первых, при комнатной температуре, без всякого нагрева, а во-вторых — в наноразмерном состоянии, и никакой деградации при его циклировании не происходило (хотя еще 15 лет назад считалось, что в литий-ионных аккумуляторах наноматериалы никогда не будут работать)».

Преимущество последних заключается в том, что они, с одной стороны, во много раз увеличивают площадь контакта с электролитом и значительно повышают скорость заряда-разряда аккумулятора. А с другой — позволяют задействовать в этом процессе весь объем частицы.

Отметим, что в последние годы наноразмерные материалы все более часто применяются в качества исходного сырья для литий-ионных аккумуляторов. В частности, высокую популярность получили материалы на основе феррофосфата лития.