Международный коллектив ученых, в состав которого вошли и российские химики из Московского государственного университета и Сколтеха, представила новый катодный материал для литий-ионных аккумуляторов, обладающий высокой скоростью заряда — до 90 секунд — при сохранении более 75% от первоначальной емкости. Результаты работы опубликованы в журнале Chemistry of Materials.
Основной элемент литий-ионного аккумулятора, ограничивающий его энергоемкость, — это материал, из которого сделан его катод. Предел эффективности существующих сейчас материалов уже достигнут, поэтому задача ученых — поиск новых катодных материалов, способных заряжаться на полную емкость за считанные минуты, работать при больших плотностях тока и запасать больше энергии, чем это возможно сейчас. Такой материал и нашли авторы нового исследования — высокомощный катодный материал на основе фторидофосфата ванадия и калия.
По словам ученых, в основе работы лежит идея о геометрическом и кристаллохимическом соответствии катионной и анионной подрешеток. Ученым удалось стабилизировать уникальный кристаллический каркас, обеспечивающий быстрый транспорт ионов лития за счет обширных протяженных полостей и каналов. Как следствие, предложенный катодный материал продемонстрировал высокие скорости заряда и разряда (вплоть до 90 секунд) с сохранением более 75% от первоначальной удельной емкости.
Кроме создания усовершенствованных литий-ионных аккумуляторов исследование открывает и перспективы для создания принципиально нового типа аккумуляторов, в которых в роли подвижного иона, то есть носителя заряда, будет выступать не ион лития, а ион калия.
«Предполагается, что такие аккумуляторы не только обеспечат высокие энергетические показатели, но и станут крайне привлекательными с экономической точки зрения за счет существенного уменьшения стоимости при замене дорогостоящих литийсодержащих компонентов на более доступные и дешевые калийсодержащие аналоги», — сказал один из авторов работы, ученый и МГУ Станислав Федотов.
