Ученые смоделировали материал для катода с пятикратной емкостью
Сочетание оксида лития-кобальта и графена может ускорить зарядку аккумуляторов и повысить их емкость. Пока свойства материала подтверждены компьютерным моделированием.
Источник: Владислав Шунаев / из личного архива. Владислав Шунаев и Александр Петрунин обсуждают диффузию ионов атомов лития.
МОСКВА, 12 августа /Новости науки/. Ученые из Саратова смоделировали слоистый материал для более емких литий-ионных аккумуляторов. Об этом сообщила пресс-служба Российского научного фонда.
Материал состоит из чередующихся слоев оксида лития-кобальта и графена, поэтому по строению напоминает сэндвич. Расчеты показали, что ионы лития перемещаются в нем в 1,6 раза быстрее, а его емкость более чем в пять раз превышает показатель чистого оксида лития-кобальта. Характеристики композита сохранялись при температурах от минус 40 до плюс 80 градусов Цельсия.
«Наше исследование приближает появление смартфонов и ноутбуков, которые заряжаются за минуты и работают дни без подзарядки, а также электромобилей с запасом хода, сравнимым с бензиновыми авто», — рассказал руководитель проекта, доцент Саратовского государственного университета Владислав Шунаев.
Исследователи проверили с помощью квантово-химического моделирования несколько вариантов материала. Соотношение оксида лития-кобальта и графена в них менялось от 1:1 до 8:1. Наилучшие расчетные показатели продемонстрировал композит, в котором на восемь частей оксида приходилась одна часть графена. Тонкий углеродный слой хорошо проводит ток и одновременно укрепляет структуру катода.
При зарядке аккумулятора ионы лития перемещаются от катода к аноду, а при разрядке возвращаются обратно. Скорость этого движения влияет на время зарядки, а количество ионов, которое способен принять катод, — на емкость батареи. Традиционные катоды из оксида лития-кобальта постепенно разрушаются при перепадах температуры и многочисленных циклах зарядки.
Ученым еще предстоит получить предложенный композит и проверить его свойства в экспериментальных аккумуляторах. Результаты моделирования опубликованы в журнале *Journal of Energy Storage*.
Материал состоит из чередующихся слоев оксида лития-кобальта и графена, поэтому по строению напоминает сэндвич. Расчеты показали, что ионы лития перемещаются в нем в 1,6 раза быстрее, а его емкость более чем в пять раз превышает показатель чистого оксида лития-кобальта. Характеристики композита сохранялись при температурах от минус 40 до плюс 80 градусов Цельсия.
«Наше исследование приближает появление смартфонов и ноутбуков, которые заряжаются за минуты и работают дни без подзарядки, а также электромобилей с запасом хода, сравнимым с бензиновыми авто», — рассказал руководитель проекта, доцент Саратовского государственного университета Владислав Шунаев.
Исследователи проверили с помощью квантово-химического моделирования несколько вариантов материала. Соотношение оксида лития-кобальта и графена в них менялось от 1:1 до 8:1. Наилучшие расчетные показатели продемонстрировал композит, в котором на восемь частей оксида приходилась одна часть графена. Тонкий углеродный слой хорошо проводит ток и одновременно укрепляет структуру катода.
При зарядке аккумулятора ионы лития перемещаются от катода к аноду, а при разрядке возвращаются обратно. Скорость этого движения влияет на время зарядки, а количество ионов, которое способен принять катод, — на емкость батареи. Традиционные катоды из оксида лития-кобальта постепенно разрушаются при перепадах температуры и многочисленных циклах зарядки.
Ученым еще предстоит получить предложенный композит и проверить его свойства в экспериментальных аккумуляторах. Результаты моделирования опубликованы в журнале *Journal of Energy Storage*.
