Исследователи из Сколковского института науки и технологий предложили использовать простой и масштабируемый метод для увеличения емкости широкого спектра катодных материалов для металл-ионных аккумуляторов. Результаты работы могут быть полезны для разработки нового поколения передовых перезаряжаемых устройств для хранения энергии. Статья опубликована в журнале Journal of Materials Chemistry A.
Создание современных литий-ионных аккумуляторов стало возможным благодаря нескольким важным научным достижениям, в том числе разработке катодных материалов, содержащих обратимо экстрагируемые ионы лития. Применение таких материалов позволило уйти от использования небезопасных анодов, например металлического лития. Однако такие проблемы, как ограниченная емкость, невысокая стабильность при циклировании, низкая скорость заряда-разряда, плохое влияние на экологию все еще требовали решения. Поэтому в течение десятилетий ученые пытаются усовершенствовать материалы для аккумуляторов. Большинство современных катодных материалов позволяют аккумуляторам развить максимальную энергоемкость только при использовании небезопасных анодов. Это приводит к понижению емкости и затрудняет практическое использование материалов, привлекательных в иных отношениях.
Ученые из Сколтеха показали, как эту проблему можно решить для широкого спектра материалов. Для этого было предложено обрабатывать катоды растворами восстанавливающих агентов, представляющих соли щелочных металлов, полученных из ароматических соединений, например нафталина или феназина. Важное преимущество подхода — масштабируемость. Кроме того, процесс не требует сложных условий и относительно безопасен, а восстанавливающие агенты после реакции с катодами могут быть использованы повторно, так как их редокс-химия обратима. Эти достоинства делают метод перспективным для крупномасштабного производства.
Подход можно применять для широкого спектра органических и неорганических материалов для аккумуляторов. Более того, он оказался применимым не только для литий-ионных, но и для натрий- и калий-ионных аккумуляторов, более дешевых и привлекательных с точки зрения устойчивого развития устройств для хранения энергии. Также ученые показали возможность контролировать содержание ионов металлов в катодах посредством изменения количества восстанавливающих агентов или их потенциалов окисления.
«Подход можно рассматривать как мощный набор инструментов, который поможет улучшить характеристики разнообразных материалов для аккумуляторов, — отмечает соавтор исследования, аспирант Сколтеха Роман Капаев. — Это также простой и недорогой метод, использующий перерабатываемые реагенты, поэтому мы думаем, что он подходит для практических крупномасштабных применений».
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
