Российские ученые предложили новый метод синтеза композитов для литий-ионных аккумуляторов

Ученые из Института общей и неорганической химии (ИОНХ) им. Н.С. Курнакова РАН предложили простой и экологичный метод синтеза композиционных материалов из оксида германия. Полученные образцы можно использовать в составе анодов для литий-ионных аккумуляторов. Результаты исследования опубликованы в журнале International Journal of Molecular Sciences, который издается Многопрофильным институтом цифровых публикаций.

Германий – полуметалл серебристо-белого цвета – широко используется в оптике, а также в производстве электроники и химических катализаторов. Исходным веществом для его получения является оксид германия – белый кристаллический порошок, который содержит примеси и отличается низкой растворимостью: в одном литре воды растворяется лишь 4,3 грамма вещества. Поэтому синтез германия требует специальной очистки, а также использования большого объема воды или растворов щелочи высокой концентрации.

Решить эту проблему попытались ученые из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН, которые для получения оксида германия использовали пероксогерманат аммония – бесцветный кристаллический порошок, который сохраняет свои свойства при температуре до 70 градусов Цельсия. Растворимость полученного в результате оксида германия достигала 100 грамм на 1 литр воды, а его масса составила почти 100% от массы первичных ингредиентов. Ученые ИОНХ РАН использовали это вещество для синтеза композитов, которые применяются при создании анодов для литий-ионных аккумулятров.

Авторы исследования с целью получения композитов растворяли оксид германия в воде, а затем добавляли этанол. Благодаря этому наночастицы вещества формировали тонкую равномерную пленку на подложке, в качестве которой использовался оксид графена – углеродный материал, который при нагревании способен придавать композиту свойства графена, отличающегося высокой электропроводностью. «Промежуточный» материал нагревался до 300 градусов Цельсия, а затем обрабатывался потоком сухого аммиака при температуре 700 градусов Цельсия, что в итоге позволило получить нитрид германия.

Ученые на каждом этапе исследования синтезировали образцы с различным соотношением соединений германия и графена (80/20, 50/50 и 20/80), а затем измеряли их электрохимические свойства с помощью электродов литий-ионных аккумуляторов. Опыты показали, что наиболее предпочтительными являются образцы с низким содержанием германия, продемонстрировавшие хорошую стабильность при большом количестве циклов заряда-разряда.

«Германий по-прежнему остается дорогим ресурсом для промышленного использования. Но он сам и его соединения обладают массой полезных свойств. Нам удалось добиться высоких выходов конечного продукта, это заметно удешевляет процесс… Мы планируем синтезировать и другие интересные соединения германия или материалы на их основе, которые можно будет использовать, к примеру, в газовой сенсорике, в качестве электродов не только для литий-ионных, но и натрий- и калий-ионных аккумуляторов и суперконденсаторов», – цитирует Российский научный фонд одного из авторов исследования Александра Медведева, кандидата химических наук, старшего научного сотрудника ИОНХ РАН.