Ученые из МГУ имени М.В. Ломоносова, Сколковского института науки и технологий и Саратовского национального исследовательского государственного университета имени Н.Г. Чернышевского создали основу для новых, более мощных литий-ионных аккумуляторов, исследовав структурные и электрохимические характеристики быстрой диффузии лития в электродном материале литий-ионного аккумулятора. Исследование проходило в рамках проекта, поддержанного Российским научным фондом (РНФ), а его результаты были опубликованы в журнале Electrochimica Acta.

В ходе работы ученые использовали литий-ионные аккумуляторы на основе фосфата ванадия-лития (Li₃V₂(PO₄)₃). Работа литий-ионного аккумулятора (ЛИА) основана на принципе обратимого накопления заряженных частиц (ионов лития) в кристаллической структуре различных твердых веществ. В зависимости от природы этих веществ и их химического состава ионы лития имеют различное энергетическое состояние в их структуре, что отражается на электрическом потенциале электрода, изготовленного из таких материалов.

Между двумя электродами, изготовленными из разных веществ с различными потенциалами, помещенными в одно пространство, заполненное ионным проводником (электролитом), возникает напряжение, а при замыкании электрической цепи на нагрузку начинает протекать электрический ток. Этот ток поддерживается за счет переноса ионов лития из кристаллической структуры вещества анода (отрицательного электрода) через электролит в кристаллическую структуру вещества катода (положительного электрода). Механизм движения ионов лития в кристаллической структуре называется диффузией. Скорость диффузии лития в твердом теле определяет мощность ЛИА. Литий-ионные аккумуляторы широко применяются в бытовой технике: они находятся в таких устройствах, как сотовые телефоны, ноутбуки, цифровые фотоаппараты, и во многих других. Появились и новые сферы их использования: электротранспорт и системы распределенной энергетики, где мощность становится одной из приоритетных характеристик.

Основным результатом работы является обнаружение способности фосфата ванадия-лития к сверхбыстрому транспорту ионов лития в его кристаллической структуре, когда это химическое соединение находится в составе электрода литий-ионного аккумулятора.

В ходе работы ученые применяли комплекс физических и электрохимических методов исследования. Совместный анализ результатов применяемых методов, включая использование оригинальных математических моделей, позволил корректно определить ионно-транспортные свойства материала, а также подтвердить асимметричность ионо- и электронопроводящих свойств. Принципиальная возможность высокоскоростного ионного транспорта в указанном соединении была обоснована с использованием методов исследования кристаллической структуры твердых тел и структурного анализа.

"Обнаруженное свойство соединения, а также разработанный методологический комплекс, который позволит корректно определять электрохимические характеристики других перспективных электродных материалов, открывает обширные возможности по созданию электродных материалов ЛИА нового поколения, позволяющих существенно повысить мощность и энергоемкость ЛИА. Такие характеристики ЛИА требуются для применения в электротранспорте и накопителях энергии для систем распределенной энергетики", - рассказал Александр Иванищев, автор статьи, кандидат химических наук, руководитель проекта РНФ

Похожие новости

  • 30/03/2018

    Российские ученые создали синтетический аналог «кожи хамелеона»

    Российские ученые приняли участие в разработке материала, который по мягкости приближается к человеческой коже, а по умению менять цвет напоминает кожу хамелеона. Он представляет собой полимер, состоящий из нескольких типов звеньев-мономеров, и может пригодится для создания биологического импланта.
    1075
  • 13/05/2019

    Как открыть новое для вуза направление и выстроить работу по зарубежным стандартам

    Как открыть новое для вуза направление, выстроить работу лаборатории по зарубежным стандартам и помочь студентам и школьникам выбрать верный путь, рассказал Indicator.Ru Владимир Лазарев, кандидат технических наук, начальник лаборатории стабилизированных лазерных систем Научно-образовательного центра «Фотоника и ИК-техника» МГТУ им.
    398
  • 15/01/2018

    Российские ученые выяснили, как способ обработки полипропилена влияет на механические свойства конечного изделия

    ​Коллектив учёных, в том числе из Института синтетических полимерных материалов РАН и МФТИ, выяснил, как «правильность» молекул полипропилена и способ обработки влияют на механические свойства конечного изделия.
    1013
  • 07/11/2019

    Более 30 студентов и аспирантов ТПУ получили стипендии Президента и Правительства РФ

    ​В числе стипендиатов Президента РФ — четыре студента и семь аспирантов Томского политехнического университета. Стипендию Правительства России будут получать 13 студентов и семь аспирантов. В течение учебного года, помимо основной, они ежемесячно будут получать дополнительную стипендию.
    319
  • 19/07/2017

    Ученые ТПУ представляют свои разработки на крупнейшем авиасалоне МАКС-2017

    ​​18 июля XIII Международный авиационно-космический салон "МАКС-2017" - один из крупнейших мировых авиасалонов - начал свою работу на аэродроме в подмосковном Жуковском. Томский политехнический университет представляет здесь свои уникальные разработки, среди которых тепловой дефектоскоп для контроля композиционных материалов авиационной техники, технологии 3D-печати в условиях невесомости, покрытия для станций "Глонасс" и для защиты солнечных батарей, антиметеоритные защитные пленки для иллюминаторов космических кораблей.
    1055
  • 27/04/2019

    Учёные МГУ нашли способ «обхитрить» раковые клетки

    ​Сотрудники Факультета фундаментальной медицины МГУ имени М.В. Ломоносова исследовали способ, позволяющий обойти блокировку программируемой клеточной гибели (ПГК) в раковых клетках и повысить эффективность терапии онкологических заболеваний.
    539
  • 29/12/2017

    Ученые разработали алгоритм для ДНК-оригами

    Международный коллектив российских и американских ученых предложил алгоритм компьютерного моделирования сложенных из ДНК трехмерных конструкций. Такие нанороботы могут использоваться в электронике и медицине, например, для доставки лекарств.
    1024
  • 21/02/2017

    Разработки ТПУ для имплантологии выходят на стадию клинических испытаний

    ​Биодеградируемые имплантаты Томского политехнического университета выходят на стадию клинических испытаний. Как сообщают ученые ТПУ, на стадии доклинических исследований эффективность томских изделий уже доказана, и сегодня некоторые биоразлагаемые имплантаты Томского политеха сегодня частично используются в медицинской практике в одном из ведущих ортопедических центров России - Центре Илизарова.
    2295
  • 01/08/2017

    В РФ создано акустоэлектронное устройство с диапазоном в два раза больше, чем у аналогов

    ​Исследователи из Технологического института сверхтвердых и новых углеродных материалов в Москве и Сибирского федерального университета (СФУ) создали эффективное акустоэлектронное устройство на основе синтетических алмазов, сообщила в понедельник пресс-служба СФУ.
    1363
  • 12/07/2017

    Робота-врача для военных создадут томские медики и инженеры​

    Ученые из НИИ кардиологии Томского национального исследовательского медицинского центра и Томского политехнического университета (ТПУ) планируют создать мобильного робота, который сможет оказывать первую медицинскую помощь пострадавшим в местах военных действий и ЧС.
    1359