Сотрудники Центра энергетических наук и технологий Сколтеха синтезировали новый катодный материал на основе фторидофосфата титана-калия, который может работать при высоких токах разряда. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Communications.
В связи с загрязнением окружающей среды человечество сегодня все более заинтересовано в создании более емких, безопасных и недорогих устройств хранения энергии. Основным недостатком существующей литий-ионной технологии считается высокая цена, а также прогнозы по возможному скорому исчерпанию мировых запасов лития и кобальта, которые применяются для изготовления катода — электрода, характеристики которого влияют на многие функциональные параметры конечного устройства.
Перспективным считается разработка альтернативных технологий, позволяющих заменить литий на калий, а кобальт на такие материалы, как железо, марганец и даже титан. Последний элемент считается перспективным для такой области применения, однако основной проблемой для использования соединений титана в качестве катодных материалов долгое время оставался низкий электрохимический потенциал, ограничивающий практически достижимую удельную энергию аккумулятора.
Ученым из Сколтеха удалось создать эффективный и достаточно недорогой катодный материал на основе фторидофосфата титана-калия, KTiPO4F, который обладает высоким электрохимическим потенциалом в 3,6 вольта и стабильностью работы при высоких скоростях заряда-разряда. Получить такой материал ученым удалось, растворив металлический титан в плавиковой кислоте, содержащей гидрофторид калия KHF2 и затем нагрев систему до 200 °C.
«Это исключительный результат, буквально сдвигающий устоявшуюся парадигму в научном сообществе, согласно которой материалы на основе титана рассматривались исключительно как анодные из-за низкого потенциала соединений этого элемента. Мы же считаем, что открытие KTiPO4F может стать стимулом к поиску и разработке новых титансодержащих катодных материалов с уникальными электрохимическими характеристиками», — говорит один из исследователей, профессор Сколтеха Станислав Федотов.