Исследователи из Института общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова РАН вместе с коллегами из Еврейского университета Иерусалима (Израиль) синтезировали новый материал для аккумуляторов. Новый состав из максена и сульфида германия сможет стабильно работать в натрий-ионных аккумуляторах даже при высокой скорости зарядки и разрядки устройств. Результаты работы опубликованы в журнале Journal of Colloid And Interface Science.
Современные материалы для анодов в металл-ионных аккумуляторах можно условно разделить на три категории:
- Интеркаляционные. Они впускают ионы металла в свою структуру, почти не меняя свой объем. Это делает их стабильными и долговечными, поэтому они широко используются, например, в телефонах и электромобилях.
- Конверсионные. Они полностью реагируют с ионами металла, образуя новые вещества. Но из-за этого сильно меняется их объем и снижается энергоэффективность.
- Сплавные. Они образуют сплавы с металлами, что позволяет достичь высокой емкости. Однако они очень сильно увеличиваются в объеме, что приводит к разрушению электрода.
Проблема конверсионных, сплавных и смешанных (конверсионно-сплавных) материалов заключается в так называемом гистерезисе напряжения. Это значит, что они теряют много энергии при зарядке и разрядке (до 25% за цикл), что делает их неэффективными. Несмотря на это, конверсионно-сплавные материалы все равно подходят для некоторых задач, где важна максимальная емкость в маленьком объеме или массе, то есть когда нужна высокая плотность энергии. Например, их можно использовать в специальной электронике, в космосе или в медицинских устройствах, которые вживляют в тело.
Чтобы улучшить работу конверсионных материалов, можно менять их состав и форму. Один из способов — сделать тонкий слой из наночастиц активного вещества и нанести его на проводящую основу. Это улучшает электропроводность материала, увеличивает площадь его поверхности, позволяет быстрее заряжаться и разряжаться. Также подобные манипуляции делают материал более стабильным при длительном использовании.
Российские ученые разработали для анода натрий-ионных аккумуляторов новый материал на основе двумерного карбида титана с покрытием из сульфида германия, который хорошо работает даже при быстрой зарядке и разрядке и долго сохраняет свои свойства, при этом очень устойчив к высоким токам. Так, даже если ток усилить в 30 раз, емкость аккумулятора упадет всего на 15%. При этом при высоких токах этот новый анод работает лучше, чем другие подобные аноды, сделанные из сульфида германия и восстановленного оксида графена.
Материал был синтезирован с добавлением поверхностно-активных веществ, что позволило предотвратить агрегацию и контролировать размер частиц. Разработанные нами композиты представляют особый интерес в качестве анодов для натрий-ионных аккумуляторов благодаря сочетанию высокой электропроводности максена и повышенной удельной емкости сульфида германия.
Ранее Наука Mail сообщала о том, как один из городов Финляндии начали отапливать с помощью песчаной батареи.
