Учёные из Новосибирска разработали материалы для литий- и натрий-ионных аккумуляторов, которые способны выдерживать перепады температур и сохранять работоспособность в условиях сильного мороза. Исследование, направленное на повышение устойчивости батарей к низким температурам, ведётся специалистами Института неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН и было начато всего полгода назад, сообщает издание Сибирского отделения РАН «Наука в Сибири».
На данный момент разработка выдерживает температуры до -20 градусов Цельсия, и в будущем ученые планируют расширить температурный диапазон, продолжая тестирование при более низких показателях. Одной из главных задач стало создание экономичного натрий-ионного аккумулятора, так как стоимость лития для массового производства литий-ионных батарей остаётся высокой. Устройство и принцип работы обоих типов аккумуляторов схожи: литий и натрий используются в качестве материалов катодов, тогда как в качестве анодов применяют графит. Однако графит для натрий-ионных аккумуляторов по свойствам не подходит, поэтому команда учёных разработала альтернативные анодные материалы.
Как рассказала научный сотрудник Анна Ворфоломеева, наиболее перспективным для решения этой задачи оказался дисульфид молибдена. Его применение в литий-ионных батареях дало результаты до 1 000 миллиампер-часов, а в натрий-ионных — 400. Учёные разработали методику синтеза, позволяющую увеличить расстояние между слоями материала, что способствует эффективной интеркаляции ионов — процессу, при котором ионы проникают в кристаллическую структуру вещества. Эта методика предполагает быстрое нагревание вещества до нужной температуры, что позволяет получить аккумулятор с повышенной ёмкостью и стабильностью.
Для увеличения проводимости и ёмкости новосибирские специалисты также тестируют создание дефектов в материалах, таких как вакансии — отсутствие атома в узле кристаллической решётки. Также исследуется возможность внедрения атомов других элементов. «Введение таких изменений в структуру позволяет повысить и электронную проводимость, и ёмкость аккумулятора», — пояснили учёные. Сначала материал тестируется при комнатной температуре, затем — при -20 градусах. Благодаря этому удалось достичь сохранения ёмкости на уровне 80 % в литий-ионных и 60 % в натрий-ионных аккумуляторах.
В испытаниях специалисты также использовали различные электролиты, что способствовало стабилизации работы аккумулятора в широком температурном диапазоне. В будущем учёные планируют протестировать новые материалы при ещё более низких температурах, что откроет возможности для создания аккумуляторов, пригодных для работы в условиях экстремальных холодов.
