Химики нашли способ сделать литий-ионные батареи более емкими и экологичными.
Аккумуляторы большой емкости нужны в первую очередь для крупной техники, такой как электромобили.
Химики из России и Франции нашли соединение, которое позволит сделать литий-ионные батареи более емкими и экологичными, рассказала Нина Косова, руководитель группы материалов для литий-ионных аккумуляторов в Институте химии твердого тела и механохимии СО РАН в Новосибирске.
На литий-ионных аккумуляторах сейчас работает буквально все: от сотовых телефонов до электромобилей и даже марсохода Curiosity. «В таких устройствах, как мобильные телефоны, используются аккумуляторы на основе кобальтата лития, однако с точки зрения науки это уже устаревший материал, к тому же он дорогой и может возгораться при работе аккумулятора при больших токах. Аккумуляторы в автомобилях и прочей крупногабаритной технике работают на других химических соединениях, например литий-железо-фосфате, более дешевом и безопасном катодном материале. Тем не менее поиск новых материалов продолжается: нужны материалы с еще большей энергоемкостью и удельной энергией», — пояснила Косова.
В каждом литий-ионном аккумуляторе есть положительный электрод — оксид или соль (например, фосфат), содержащие ионы лития, электролит — раствор, содержащий соли лития, и отрицательный электрод (например, графит). Во время зарядки аккумулятора электрический ток заставляет положительно заряженные ионы лития двигаться в электролите от одного электрода к другому, во время разрядки ионы движутся в обратном направлении. Материал положительного электрода может быть разным, что влияет на емкость аккумулятора и другие его характеристики.
Ранее было известно, что, если использовать для положительного электрода материалы, которые содержат никель, получаются неплохие результаты. «Наша работа посвящена соединению, содержащему марганец: он дешевле никеля и менее токсичен», — пояснила исследователь.
Литий-ионные аккумуляторы, работающие на основе соединений марганца, существуют, в них используется литий-марганцевая шпинель LiMn2O4. Такие аккумуляторы используются в электромобилях, они хорошо работают при температуре ниже 50 градусов Цельсия, однако при повышении температуры их емкость падает.
«Мы решили синтезировать и исследовать соединение, в которое также входят марганец и литий, но в другом соотношении (отношение Li:Mn в нем выше, а значит, и емкость должна быть больше). В результате обнаружили новый материал (Li4Mn2O5) с емкостью, которая превышала все ранее известные соединения»,
— сказала Косова. Она подчеркнула, что механохимический метод синтеза позволяет получать это соединение при комнатной температуре и в форме наноразмерных частиц. Это важно, так как наличие наноструктуры у электродов улучшает их электрохимические свойства.
Эта работа вначале проводилась в рамках договора о научном сотрудничестве с французским производителем материалов для аккумуляторов SAFT. Компания зарегистрировала несколько патентов. В дальнейшем к работе подключился французский университет города Кан, специалисты которого независимо подтвердили полученные результаты и провели дополнительные структурные исследования нового соединения, уточнила ученый.
Источник: http://chrdk.ru/tech/2015/12/21/himiki_nashli_sposob_sdelat_litiy_ionnye_batarei_bolee_emkimi_i_ekologichnymi/