Исследователи из Института химии твердого тела и механохимии (Новосибирск) разработали новый материал для литий-ионных аккумуляторов на основе наноразмерного литий-марганцевого оксида.
Об этом сообщает издание Сибирского отделения РАН «Наука в Сибири». Этот материал позволит сделать батареи более емкими и значительно увеличить скорость заряда, говорится в сообщении.
Отмечается, что на сегодняшний день литий-ионные аккумуляторы являются самыми распространенными, они используются во множестве устройств от мобильных телефонов до электромобилей.
При этом соединение лития и кобальта, служащее основным катодным материалом, имеет недостатки: кобальт-содержащее сырье сосредоточено преимущественно в руках одной компании, поэтому стоимость его довольно высокая, материал имеет не слишком высокую практическую энергоемкость и термически неустойчив.
«Это исключает его применение в крупногабаритных аккумуляторах, например, для набирающих сегодня популярность электромобилей», — отмечает издание.
Исследователи создали электродный материал на основе литий-марганцевого оксида, с помощью которого оказалось возможным и повысить напряжение, и увеличить емкость, поскольку из этого материала можно экстрагировать не один ион лития, а несколько, при этом ионы марганца окисляются и восстанавливаются не на одну единицу, а на две, причем при высоком напряжении.
Это и позволило одновременно и увеличить емкость батареи, и повысить напряжение.
Кроме того, при изготовлении нового материала использовался твердофазный механохимический синтез (соединение получено путем измельчения компонентов, то есть механического «сплавления» — ИФ), в применении которого институт является одним из мировых лидеров.
С помощью механохимии нужное соединение удалось синтезировать при комнатной температуре, без всякого нагрева, причем в наноразмерном состоянии, хотя ранее считалось, что в литий-ионных аккумуляторах наноматериалы никогда не будут работать.
Преимущество наноматериалов заключается в том, что они, с одной стороны, во много раз увеличивают площадь контакта с электролитом и значительно повышают скорость заряда-разряда аккумулятора и позволяют задействовать в этом процессе весь объем частицы (когда она крупная, то внутренняя ее часть, как правило, не работает).