Международный научный коллектив, в составе которого физики Уральского федерального университета, создал перспективный материал для литий-ионных аккумуляторов. Об этом сообщили в пресс-службе УрФУ.
Для разработки высокопроизводительного катода, который является ключевым компонентом батареи, накапливающей энергию и определяющей её мощность и стоимость, учёные предложили использовать тонкоплёночный пентоксид ванадия с добавлением никеля. Описание этого материала было опубликовано в журнале Surfaces.
Пентоксид ванадия представляет собой многообещающий материал благодаря своей простоте в производстве, высокому рабочему напряжению, низкой стоимости и значительной ёмкости. Ёмкость пентоксида ванадия может достигать 294 мАч/г, а по некоторым оценкам – даже 596 мАч/г. Для сравнения, ёмкость батарей современных смартфонов составляет около 140–160 мАч/г, а передовых коммерческих электрокаров – 160–200 мАч/г.
Тем не менее, у этого материала есть значительные недостатки, такие как низкая электронная проводимость и склонность к деградации. Чтобы устранить эти проблемы, исследователи внедрили атомы никеля в структуру материала методом ионной имплантации. Это позволило улучшить электропроводность примерно в три раза по сравнению с первоначальным пентоксидом ванадия, при этом сохранив целостность и свойства материала.
«Для решения этой задачи мы внедрили атомы никеля в структуру материала методом ионной имплантации. В итоге нам удалось не разрушить материал и улучшить электропроводность примерно в три раза по сравнению с исходным пентоксидом ванадия. Оговорюсь, что другие характеристики — функциональность и стабильность — нам ещё предстоит проверить на готовом изделии», – рассказал заведующий лабораторией фотовольтаических материалов УрФУ Иван Жидков.
Следующий шаг учёных – проверить свойства материала на образцах и продолжить работу над повышением электропроводности до уровня современных промышленных аналогов. В состав научной группы вошли учёные из России, Китая, Люксембурга и Франции.
Литий-ионные батареи занимают одно из ведущих мест в списке наиболее динамично развивающихся и капиталоёмких технологических направлений. Ведущие научные исследования сосредоточены на увеличении энергетической плотности, снижении себестоимости, уменьшении габаритов батарей и обеспечении их безопасности.
Согласно прогнозам аналитических компаний, к 2026 году объём мирового рынка литий-ионных батарей составит около 136 миллиардов долларов. Основной движущей силой этого роста станут электромобили, на которые к 2030 году может приходиться до 89% всех батарей. На конец 2025 года лидером на мировом рынке является Азиатско-Тихоокеанский регион, контролирующий более 55,7% рынка благодаря доминированию Китая.
Аккумуляторы улучшают не только на уровне материалов, но и на уровне готовых решений. Как рассказывала интернет-газета «ЖУК», Ростех представил в Минске «неубиваемые» аккумуляторы TOPBAT. Батареи работают при температуре от −50 до +50 градусов, держат глубокие разряды и на 40% дешевле иностранных аналогов.