Новости

13 марта, 2017 18:03

Разработана научная основа для создания мощных аккумуляторов

Источник: Индикатор
Александр Иванищев

Ученые из МГУ имени М.В. Ломоносова, Сколковского института науки и технологий и Саратовского национального исследовательского государственного университета имени Н.Г. Чернышевского создали основу для новых, более мощных литий-ионных аккумуляторов, исследовав структурные и электрохимические характеристики быстрой диффузии лития в электродном материале литий-ионного аккумулятора. Исследование проходило в рамках проекта, поддержанного Российским научным фондом (РНФ), а его результаты были опубликованы в журнале Electrochimica Acta.

В ходе работы ученые использовали литий-ионные аккумуляторы на основе фосфата ванадия-лития (Li₃V₂(PO₄)₃). Работа литий-ионного аккумулятора (ЛИА) основана на принципе обратимого накопления заряженных частиц (ионов лития) в кристаллической структуре различных твердых веществ. В зависимости от природы этих веществ и их химического состава ионы лития имеют различное энергетическое состояние в их структуре, что отражается на электрическом потенциале электрода, изготовленного из таких материалов.

Между двумя электродами, изготовленными из разных веществ с различными потенциалами, помещенными в одно пространство, заполненное ионным проводником (электролитом), возникает напряжение, а при замыкании электрической цепи на нагрузку начинает протекать электрический ток. Этот ток поддерживается за счет переноса ионов лития из кристаллической структуры вещества анода (отрицательного электрода) через электролит в кристаллическую структуру вещества катода (положительного электрода). Механизм движения ионов лития в кристаллической структуре называется диффузией. Скорость диффузии лития в твердом теле определяет мощность ЛИА. Литий–ионные аккумуляторы широко применяются в бытовой технике: они находятся в таких устройствах, как сотовые телефоны, ноутбуки, цифровые фотоаппараты, и во многих других. Появились и новые сферы их использования: электротранспорт и системы распределенной энергетики, где мощность становится одной из приоритетных характеристик.

Основным результатом работы является обнаружение способности фосфата ванадия-лития к сверхбыстрому транспорту ионов лития в его кристаллической структуре, когда это химическое соединение находится в составе электрода литий-ионного аккумулятора.

В ходе работы ученые применяли комплекс физических и электрохимических методов исследования. Совместный анализ результатов применяемых методов, включая использование оригинальных математических моделей, позволил корректно определить ионно-транспортные свойства материала, а также подтвердить асимметричность ионо- и электронопроводящих свойств. Принципиальная возможность высокоскоростного ионного транспорта в указанном соединении была обоснована с использованием методов исследования кристаллической структуры твердых тел и структурного анализа.

«Обнаруженное свойство соединения, а также разработанный методологический комплекс, который позволит корректно определять электрохимические характеристики других перспективных электродных материалов, открывает обширные возможности по созданию электродных материалов ЛИА нового поколения, позволяющих существенно повысить мощность и энергоемкость ЛИА. Такие характеристики ЛИА требуются для применения в электротранспорте и накопителях энергии для систем распределенной энергетики», — рассказал Александр Иванищев, автор статьи, кандидат химических наук, руководитель проекта РНФ.

 

На рисунке: Зависимость емкости (в миллиампер-часах на грамм (mAh/g) материала, левая вертикальная ось) и обратимости заряда-разряда (в %, отношение емкости на разряде к емкости на заряде) от тока в единицах С (1С – ток, численно равный максимальной теоретической емкости электродного материала – 197 mA/g; током 1С электрод полностью заряжается или разряжается за 1 час).

31 мая, 2023
Новый метод анализа ДНК помог выявить на древнем Алтае в три раза больше видов растений, чем насчитывалось ранее
Анализ растительной ДНК донных отложений высокогорного алтайского озера Балыктукель позволил получит...
31 мая, 2023
Российские ученые показали, как эффективно перерабатывать тяжелую нефть
Российские ученые собрали самую крупную в мире установку, позволяющую с помощью электрических разряд...