В последние годы спрос на литий-ионные аккумуляторы стремительно растет, что связано с развитием электромобилей, портативной электроники и систем хранения энергии. Однако высокая стоимость и ограниченные ресурсы лития заставляют ученых искать альтернативные решения. Одним из перспективных направлений является разработка калий-ионных аккумуляторов, которые могут стать более доступной заменой.
Группа российских ученых из Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН, Уфимского федерального исследовательского центра РАН, Уфимского государственного нефтяного технического университета и Института физики металлов им. М.Н. Михеева УрО РАН предложила инновационный подход к созданию катодных материалов.
Новый метод основан на использовании проводящего полимера полианилина, многостенных углеродных нанотрубок и серы. Ключевой особенностью технологии является процесс химической полимеризации анилина in situ в присутствии углеродных нанотрубок и аммоний персульфата. Это позволяет добиться равномерного распределения компонентов в материале, что значительно повышает его эффективность.
Особое внимание ученые уделили размеру частиц серы, который составил около 20 нм. Такая структура обеспечивает высокую доступность серы для электрохимических реакций, что критически важно для работы аккумулятора. При этом содержание серы в композите не превышает 25%, что позволяет избежать проблем, характерных для традиционных литий-серных батарей, таких как образование растворимых полисульфидов и низкая проводимость.
Один из наиболее эффективных композитов, содержащий 3–5% серы, продемонстрировал удельную емкость 165 мА·ч/г при плотности тока 100 мА/г и среднем напряжении разряда 2,4 В. Это существенно выше, чем у чистого полианилина или его композитов с углеродными нанотрубками без серы.
Помимо литий-ионных аккумуляторов ученые впервые испытали новые катодные материалы в калий-ионных батареях. В качестве анода использовался жидкий сплав калия и натрия. Предварительные результаты показали, что такой подход может стать основой для создания более дешевых и масштабируемых аккумуляторов в будущем.
Разработанная технология не только упрощает процесс производства катодных материалов, но и снижает затраты, что делает ее перспективной для промышленного внедрения. Это открывает новые возможности для развития энергонакопительных систем в условиях постепенного перехода к «пост-литиевой» эре.
Ранее Наука Mail рассказывала, что ученые представили автономную роботизированную систему, способную с высокой скоростью и точностью измерять фотопроводимость новых полупроводников.