27.10.2022
Быстроразвивающаяся отрасль производства электромобилей рано или
поздно столкнется с дефицитом лития — ключевого элемента для
электрохимических аккумуляторов. Учёные ЮФУ предложили метод
получения катодного материала на основе фторида железа с
использованием разрабатываемых в нашем университете уникальных
нанопористых веществ – метал-органических каркасных структур MIL-88.
Сейчас исследования в области разработки новых, обладающих
уникальными характеристиками, материалов для электрохимических систем
становятся еще более актуальными в связи с лавинообразным началом
замены бензиновых автомобильных двигателей на электрические, и
повсеместным распространением электронных гаджетов.
«В связи с тем, что количество лития, который в настоящее время
является наиболее важным компонентом современных аккумуляторов, на
нашей планете ограничено, разработка материалов, обладающих
значительно большей емкостью для хранения электрической энергии и
возможностью более эффективного применения лития (используя широко
распространенные на Земле элементы – железо и фтор) является
безусловно востребованным направлением развития исследований и
разработок», – рассказал научный руководитель направления ЮФУ,
профессор МИИ ИМ ЮФУ Александр Солдатов.
Ученые Международного исследовательского института интеллектуальных
материалов ЮФУ провели исследование, в ходе которого предложили
новый, простой и масштабируемый метод производства конверсионного
катодного материала на основе фторида железа. Благодаря конверсионной
электрохимической реакции удается получить ту же величину ёмкости
электрической энергии для значительно меньшей массы катодного
материала. В отличие от ранее известных способов получения подобных
материалов, разработанный в ЮФУ метод подразумевает, что один из
компонентов для производства катода — металл-органический каркас MIL-
88A (фумарат железа) — синтезируется в водной среде без каких-либо
токсичных добавок, что говорит о минимальном вреде окружающей среде.
Полученный материал был применен в качестве катода для литий-ионного
аккумулятора и показал хорошую стабильность и высокую емкость.
«Фторид железа не заменит литий в аккумуляторах, однако конверсионные
катодные материалы позволяют создавать более эффективные
аккумуляторы и, таким образом, эффективнее этот литий применять. Сам
конверсионный катодный материал обладает существенно более высокими
(практически вдвое) показателями удельной ёмкости и плотности энергии,
чем существующие коммерчески-применяемые классические
(интеркаляционные) материалы. Помимо этого, разработанный метод
синтеза является достаточно простым, масштабируемым и более
экологически безопасным», – пояснил младший научный сотрудник
Международной исследовательской лаборатории нанодиагностики МИИ ИМ
ЮФУ Виктор Шаповалов.
Исследователи также выяснили ключевые особенности и отличия
конверсионных электрохимических реакций, протекающих в процессе
работы катодного материала, полученного по новой методике.
«Уникальной чертой данного исследования является разработка методики
синтеза наноструктурированного материала, обладающего уникальными
характеристиками, которые появляются благодаря использованию в
технологии синтеза получаемого в нашей лаборатории материала MIL-88,
обладающего необычными свойствами. В частности, содержащим
упорядоченные массивы наноразмерных пор», – отметил Александр
Солдатов.
Полученные результаты, опубликованные в научном журнале Journal of
Alloys and Compounds, лягут в основу инновационных проектов ЮФУ в
области развития новых высокоэффективных конверсионных
электрохимических литий-ионных аккумуляторов
Работа выполнялась в рамках государственного задания по проекту «Новые
функциональные наноматериалы для применения в каталитических
процессах и в технологиях для хранения и преобразования энергии», а также
для реализации стратегического проекта ЮФУ «Экспресс-дизайн
материалов» в рамках Программы стратегического академического
лидерства «Приоритет 2030» (нацпроект «Наука и университеты»).
Центр общественных коммуникаций
Южного федерального университета
Нет комментариев