Благодаря обнаруженному учеными новому классу веществ должна ускориться разработка недорогих безопасных металл-ионных энергетических накопителей. Эта научная работа получила грант Президентской программы Российского научного фонда, что дополнительно подтверждает ее значимость на государственном уровне.
О недостатках аккумуляторов Li-ion
Такие АКБ давно нашли широкое применение в мобильных устройствах, ноутбуках, беспилотных аппаратах, электромобилях и т. д. Однако стоимость производства литий-ионных аккумуляторов постоянно растет. Это связано с тем, что ресурсы хлорида лития на планете (его добывают на солончаках) не являются возобновляемыми. Удорожание сырья, в свою очередь, влечет за собой рост цен на производимую с его применением продукцию.
Следует учесть, что аккумуляторы Li-ion имеют и существенные недостатки. Данные устройства чувствительны к низким температурам, пожароопасны и быстро утрачивают функциональность под воздействием механических ударов. Такие аккумуляторы выходят из строя из-за старения. Закономерно, что ученые давно заняты поисками более бюджетных, безопасных и мощных энергетических устройств.
Выявлены 16 химических соединений
Наиболее перспективные аналоги энергетических накопителей Li-ion: мультивалентные металл-ионные аккумуляторы. Функционирование данных АКБ не требует существенных затрат на хранение энергии. Главный сдерживающий фактор для внедрения в массовое производство металл-ионных аналогов: отсутствие ионных проводников. Последние выполняют одновременно 2 функции: электродов и электролитов.
Новое исследование, чьи результаты опубликованы в научно-исследовательском рецензируемом журнале Королевского химического общества Великобритании «Physical Chemistry Chemical Physics», позволили ученым определить 16 комбинаций химических элементов — ионных проводников, обладающих максимальными показателями проводимости. Среди них и новый класс материалов. Всего же для получения такого результата химики Московского физического института, Самарского государственного медицинского университета и германской Фрайбергской горной академии проанализировали характеристики более чем 1500 химических соединений и произвели расчеты различные параметров, свойственных каждому веществу: от затрат энергии на активацию, коэффициентов диффузии ионов до показателей проводимости.
Следующие шаги: эксперименты и создание прототипа
Недавно открытые кристаллические материалы имеют структурный класс La3CuSiS7. Если сравнивать с аналогами, то у вторых ионная проводимость в 10-100 раз ниже, чем у обнаруженной группы веществ. Как подчеркнул в своем комментарии руководитель проекта, кандидат физико-математических наук, сотрудник Самарского ГМУ Артем Кабанов, именно теоретические методы помогли ученым выявить наиболее перспективные материалы для разработки моделей новых АКБ. Следующим же шагом научной работы станут эксперименты с наиболее эффективными химическими соединениями, обладающими максимально высокими показателями катионной проводимости. И тогда на основании полученных данных специалисты смогут приступить к созданию прототипа инновационного мультивалентного металл-ионного аккумулятора.