Исследователи из Центра энергетических наук и технологий "Сколтеха", МГУ и и итальянского исследовательского центра Elettra Sincrotrone создали новый катодный материал на основе фторидофосфата титана, позволивший достичь высоких энергетических показателей и стабильной работы при высоких токах разряда. Статья, посвященная этому исследованию, была опубликована в журнале Nature Communications.
Как поясняет N+1, в большинстве современных аккумуляторов используется литий. В частности, речь идет о литий-металл-фосфатных аккумуляторах, которые превосходят литий-полимерные батареи, используемые в мобильной технике, по размеру и весу, но работают стабильнее и надежнее. Основным недостатком существующей литий-ионной технологии считается высокая цена, а также прогнозы по возможному скорому исчерпанию мировых запасов литий- и кобальтсодержащего сырья.
Любой аккумулятор состоит из катода, анод и соединяющего их электролита. В литиевых батареях ионы лития перетекают с катода на анод при заряде и в обратном направлении при разряде. В "Сколтехе" предложили использовать вместо них ионы калия и изготавливать катод из фторида калий-титан-фосфата (KTiPO4F), который можно легко получать в промышленных масштабах. При этом ранее считалось, что соединения титана не подходят для катодов, так как обладают низким окислительно-восстановительным потенциалом.
Ученые выяснили, что эту проблему можно решить, особым образом "упаковав" молекулы катодного материала на основе титана, фосфорной кислоты, калия и фтора. Последний элемент сыграл ключевую роль в создании замены для кобальта, значительно повысив электрохимический потенциал титана и позволив ему достигнуть тех показателей, которые характерны для катодов классических литий-ионных батарей.
"Это исключительный результат, буквально сдвигающий устоявшуюся парадигму в аккумуляторном сообществе, согласно которой материалы на основе титана рассматривались исключительно как анодные из-за его низкого потенциала. Наше открытие может стать стимулом к поиску и разработке новых уникальных титансодержащих катодных материалов", – прокомментировал исследование один из его авторов, профессор "Сколтеха" Станислав Федотов (цитата по ТАСС).
Авторы исследования рассчитывают, что их работа подтолкнет коллег продолжить эксперименты с соединениями фтора, калия, фосфорной кислоты и титана. Результатом таких экспериментов может стать появление еще более дешевых и надежных катодов для металл-ионных батарей.