Российские ученые синтезировали материал для начинки натрий-ионных аккумуляторов

Практически вся портативная электроника и бытовая техника сегодня работает на литий-ионных аккумуляторах. Но литий считается дорогим и редким металлом. Институт ядерной физики имени Г. И. Будкера СО РАН Москва, 29 сен - ИА Neftegaz.RU. Исследования новых функциональных материалов для аккумуляторов нового поколения проводят ученые Института неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН (ИНХ СО РАН) совместно с коллегами из Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН).
Об этом сообщил пресс-центр Сибирского отделения РАН.

Практически вся портативная электроника и бытовая техника сегодня работает на литий-ионных аккумуляторах.
Такие электрохимические элементы:

• быстро заряжаются;
• обладают высокой энергоемкостью;
• долго служат.

Однако литий считается дорогим и редким металлом, а его производство не экологично.
Есть альтернативный путь - создание натрий-ионных аккумуляторов.

Ученые ИНХ СО РАН создали новый гибридный материал из дисульфида молибдена и графена, который они предлагают в качестве анодной части натрий-ионных аккумуляторов.

Ученые из ИНХ СО РАН и ИЯФ СО РАН с помощью синхротронного излучения на экспериментальной станции Космос в Центре коллективного пользования Сибирского центра синхротронного и терагерцового излучения (ЦКП СЦСТИ) проводят исследование характеристик этого материала.

Исследования показали:

• хорошую стабильность;
• достаточную энергоемкость нового материала.

Можно предполагать, что основные параметры качества батареек при использовании данного материала останутся на высоком уровне.

Тезисы научного сотрудника ИНХ СО РАН:

• натрий:
• дешевый металл, по сравнению с литием;
• он более распространен;
• сегодня внимание переключено на создание материалов, которые бы хорошо работали в натрий-ионных аккумуляторах - отвечали за повышение стабильности их работы и хорошую энергетическую емкость;
  
• мы разрабатываем наноструктурированные функциональные материалы с интересующими нас свойствами, в том числе для электрохимических применений.
  

Задача исследователей:

• путем точечных замен или удаления атомов химических элементов в синтезируемом материале, задавать ему такие характеристики, которые позволят ионам натрия эффективно с ним взаимодействовать.

Научный сотрудник также отметил:

• можно убрать атом серы или молибдена из материала, и появятся пустые места, так называемые вакансии;
• помещаем атомы др. химических элементов, например:
• азот;
• никель;
• селена;
• кобальт.
• любые действия будут изменять реакционную активность и электропроводность материала, влияя на его функциональные характеристики.

В ходе исследования специалисты убедились:

• синтезируемый материал обеспечивает хорошую стабильность в течение более 1200 циклов заряда;
• разряда аккумулятора и достаточную энергоемкость - 440 мАч/г при плотности тока 0,1 A/г.

Данные показатели превосходят теоретическую емкость аморфных углеродных материалов, используемых в качестве анода натрий-ионных аккумуляторов, которая не превышает 300 мАч/г.
При этом такие материалы после 1000 циклов работы аккумулятора теряют до 20% своей емкости.

Характеристики материала были определены с помощью рентгеновской спектроскопии на экспериментальной станции Космос ЦКП СЦСТИ на базе ИЯФ СО РАН.
Использование СИ в качестве источника рентгеновского излучения позволяет:

• применить современные методы диагностики наноматериалов;
• перейти к проведению in situ экспериментов.
  

Суть которых заключается в исследовании процессов циклирования натрий-ионных аккумуляторов с высокой чувствительностью, позволяющей зафиксировать даже небольшие изменения структуры вещества.

Натрий-ионные аккумуляторы

• сравнительно новая технология;
• базовая архитектура батареи не меняется;
• для изготовления ее компонентов нужно заново подбирать оптимальные материалы:
• в т.ч. для катода, который сильно влияет на характеристики аккумулятора.