Сибирские химики разрабатывают новые аккумуляторы

Ученые Института неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН изучают возможность применения углеродных наноматериалов для металл-ионных аккумуляторов и конденсаторов. Промежуточные результаты доказывают перспективность использования натрий-ионных аккумуляторов, являющихся более дешевыми для производства и обладающих увеличенной емкостью и долговечностью за счет использования гибридного материала на основе углерода и дисульфида молибдена. 

«Сейчас самыми популярными аккумуляторами являются литий-ионные, они буквально повсюду и всегда с нами (в автомобилях, ноутбуках, мобильных телефонах и так далее). Однако при этом литий является достаточно дорогим и не очень распространенным металлом, поэтому наша лаборатория занимается разработкой аккумуляторов, где вместо лития будет применяться более дешевый натрий. Мы собираем образцы и тестируем их путем проведения около тысячи циклов зарядки и разрядки. В процессе измеряем, какая емкость получается, сколько времени работает наша батарея и прочие свойства, чтобы понять общий механизм работы», — рассказывает научный сотрудник лаборатории физикохимии наноматериалов ИНХ СО РАН кандидат химических наук Светлана Геннадьевна Столярова. 

Одно из ключевых направлений работы ученых — применение материалов с развитой пористой структурой, поскольку для увеличения емкости и продолжительности работы аккумулятора необходимо, чтобы натрий входил в структуру катодного композита. Существует классический способ использования графита, применяемый в литий-ионных аккумуляторах, однако натрий с графитом практически не взаимодействует. Поэтому ученые также разрабатывают модификации пористых углеродных наноматериалов, по сути, меняя механизм взаимодействия посредством создания пор — отверстий, образованных из атомов углерода, в которых натрий может адсорбироваться и накапливаться в большом количестве. 

«Мы используем не просто углеродные материалы в чистом виде, а смешиваем их с различными веществами, характеризующимися высокой емкостью, что повышает эффективность нашего композита. К примеру, дисульфид молибдена обладает лучшими емкостными свойствами, нежели углерод, но в чистом виде его мы не можем использовать в ячейке, потому что он быстро разрушится, что приведет к взрыву аккумулятора. Поэтому мы объединяем эти два вещества. На данный момент использование подобного гибридного катодного материала является крайне перспективным», — комментирует Светлана Столярова.

 Фото Глеба Сегеды.  Сборка экспериментальных аккумуляторов