Как сообщили в пресс-службе университета, ученые из Российского национального университета МИСиС совместно с коллегами из России и Германии разработали эффективную замену дорогостоящим литий-ионным аккумуляторам.
По мнению авторов соответствующего исследования, был найден способ производства натриевых аккумуляторов, которые могут быть значительно дешевле, чем литий-ионные аккумуляторы, и могут обеспечить более высокую производительность в будущем. Результаты исследования опубликованы в журнале «Nano Energy».
В наши дни литий-ионные аккумуляторы используются практически везде — в сотовых телефонах, ноутбуках и других электронных устройствах, в транспортной и космической технике. Литий является дорогим веществом, и эксперты говорят, что его поставки ограничены.
В настоящее время нет эффективной альтернативы для этих батарей. Литий является щелочным металлом и одним из самых легких элементов в таблице Менделеева (Периодическая таблица элементов). Вот почему, по мнению исследователей, сложно найти замену.
Многообещающую альтернативу для дорогостоящего металла теперь нашла группа ученых из МИСиСа, Института биохимической физики им. Эммануила РАН и Центра Гельмгольца Дрезден-Россендорф (Германия) под руководством профессора Аркадия Крашенинникова. Исследователи обнаружили, что при определенном расположении атомов щелочных металлов может быть достигнута энергетическая емкость, подобная способности лития.
По словам исследователей, этот специальный метод смещает атомы в несколько слоев друг на друга. Это достигается путем перехода атомов металла под высоким напряжением в пространство между двумя слоями графена.
«Было сказано, что атомы лития в батареях могут быть только в одном слое, но недавние эксперименты коллег в Германии показали, что между слоями графена могут образовываться многослойные стабильные структуры лития. Нам было интересно проанализировать возможность образования таких «бутербродов» с другими щелочными металлами», — сказал один из авторов исследования, научный сотрудник лаборатории «Неорганические наноматериалы» в МИСиС Илья Чепкассов.
По мнению исследователей, натрий является наиболее перспективной заменой литию — натрий встречается в природе гораздо чаще, чем литий. Половина поваренной соли состоит из этого элемента.
Согласно модели ученых, путем размещения слоя натрия толщиной два атома между двумя слоями графена можно создать анод, производительность которого будет лишь немного ниже, чем у анода в литий-ионных батареях — около 335 мАч/г по сравнению с 372 мАч/г для лития.
«Расчеты показали, что увеличение количества литиевых слоев приводит к потере устойчивости. С натрием наблюдается противоположная тенденция — стабильность структур возрастает с увеличением количества слоев», — говорит старший научный сотрудник лаборатории «Неорганические наноматериалы» в МИСиС и Институте биохимической физики им. Эммануэля Сахар Попов.
В качестве следующего шага исследовательская группа хочет создать и использовать тестовые образцы. В случае успеха можно говорить о новом поколении аккумуляторов — натриевых аккумуляторах, которые, по крайней мере, такие же мощные, если не мощнее, чем литий-ионные, и значительно более дешевые, как говорится в исследовательском проекте.
