Ученые из Института физики им. Л.В. Киренского ФИЦ КНЦ СО РАН совместно с коллегами из СФУ и Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» предложили использовать соединение графена с монослоем дисульфидом ванадия в качестве анодного материала для литий-ионных батарей. Благодаря этому повысятся емкость, максимальная скорость заряда-разряда элементов питания. Результаты исследований опубликованы в журнале The Journal of Physical Chemistry.  

Сегодня литий-ионные аккумуляторы – это наиболее популярный источник питания для многих устройств, начиная от мобильных телефонов и заканчивая электромобилями. В отличие от обычных, такие батареи обладают высокой удельной емкостью, длительным сроком службы и эксплуатационной безопасностью. Несмотря на существующие преимущества, задачи повышения емкости и скорости зарядки элементов питания остаются актуальными.

Физическая основа литий-ионного аккумулятора – два электрода, анод (плюс) и катод (минус), разделенные пористым полимерным материалом. Во время зарядки, электрический ток перемещает ионы лития от катода к аноду, а во время работы батареи, ионы движутся обратно. Когда батарея «умирает», возможность для перемещения ионов лития между электродами снижается. Именно поэтому спустя несколько месяцев после покупки смартфон необходимо заряжать гораздо чаще, чем первоначально.

Оказывается, продлить срок службы элемента питания возможно с помощью графена – это уникальный двумерный материал, за открытие которого в 2010 году была вручена Нобелевская премия. Он обладает высокой удельной поверхностью, хорошей электропроводностью и упругостью. Предполагается, что графен может найти широкое применение в разных областях промышленности, в том числе в устройствах, сохраняющих энергию.

Исследователи из Красноярска и Москвы предложили использовать в качестве анодного материала для литий-ионных батарей двуслойную гетероструктуру состоящую из монослоев дисульфида ванадия и графена.

«Предложенный композит представляет собой двухмерную структуру из двух разнородных слоев – графена и дисульфида ванадия. Толщина такой пластины составляет порядка одного нанометра. Мы показали, что ионы лития могу связываться не только на поверхности такого материала, но и в межслоевом пространстве, что в конечном итоге приводит к его высокой удельной емкости», - пояснил младший научный сотрудник лаборатории физики магнитных явлений Института физики им. Л.В. Киренского ФИЦ КНЦ СО РАН Максим Высотин.

 

skorost-zaryada.jpg 

 

Двухслойная гетероструктура, состоящая из монослоя дисульфида ванадия и графена для литий-ионных батарей

Ученые подсчитали, что возможная емкость такого композита составит 569 мАч на один грамм анодного материала, это почти в два раза выше, чем у графита – наиболее часто используемого анода в современных литий-ионных батареях. Теоретические расчеты показали – соединение графена и ванадия обеспечивает как хороший перенос электронов, так и механическое упрочнение материала.

«Ключевой особенностью композита, помимо емкости, является высокая подвижность ионов лития внутри. Это позволяет быстро заряжать аккумулятор или питать от него устройства повышенной мощности. Также, высокая подвижности ионов позволяет надеяться на хорошую работу аккумуляторов при низкой температуре», - добавил кандидат физико-математических наук, научный сотрудник лаборатории «Неорганические наноматериалы» НИТУ «МИСиС» Захар Попов

В ходе работы, исследователи обнаружили еще одну важную особенность – сохранение уникальных электронных свойств графена в композите, даже после заполнения его литием. Возможно, этот эффект откроет новые возможности для управления свойствами наноматериалов на основе графена, предполагают ученые. Работа поддержана Министерством образования и науки Российской Федерации и Российским фондом фундаментальных исследований (РФФИ).

Исследование посвящено памяти кандидата физико-математических наук Кузубова Александра Александровича (1974-2016).

Группа научных коммуникаций ФИЦ КНЦ СО РАН

 

Источники

Красноярские ученые придумали, как уменьшить время заряда мобильных телефонов
НГС.Красноярск (ngs24.ru), 27/11/2017
Ультратонкие пластины из графена и ванадия повысят емкость аккумуляторов
Индикатор (indicator.ru), 27/11/2017
Ученые нашли способ повысить емкость и максимальную скорость заряда-разряда элементов питания литий-ионных батарей | ФАНО России
Федеральное агентство научных организаций (fano.gov.ru), 27/11/2017
Красноярские ученые придумали "живучую" батарею для смартфонов
Gorodskoyportal.ru/novosibirsk, 27/11/2017
Красноярские ученые придумали, как уменьшить время заряда мобильных телефонов
Наука в Сибири (sbras.info), 27/11/2017
Красноярские ученые придумали, как уменьшить время заряда мобильных телефонов
БезФормата.Ru Красноярск (krasnoyarsk.bezformata.ru), 27/11/2017
Российские ученые улучшат характеристики литий-ионных батарей
3DNews.ru, 27/11/2017
Российские ученые улучшат характеристики литий-ионных батарей
Se7en Solution (se7en.ws), 27/11/2017
Ученые из Красноярска придумали, как реже и быстрее заряжать телефон
Yarsk-info.ru, 27/11/2017
Ученые из Красноярска придумали, как реже и быстрее заряжать телефон
ТРК 7 канал # Красноярск, 27/11/2017
Российские ученые улучшат характеристики литий-ионных батарей
123ru.net, 27/11/2017
Российские ученые улучшат характеристики литий-ионных батарей
Php (php.ru), 27/11/2017
В России нашли способ повысить емкость литий-ионных аккумуляторов
Око планеты (oko-planet.su), 28/11/2017
Ученые из Красноярска придумали, как реже и быстрее заряжать телефон
Новости регионов России (regionvest.ru), 27/11/2017
Ультратонкие пластины из графена и ванадия повысят емкость аккумуляторов
Fresh-News.org, 27/11/2017
Российские ученые увеличили емкость литий-ионных батарей
Русская планета (rusplt.ru), 27/11/2017
Ультратонкие пластины из графена и ванадия повысят емкость аккумуляторов
Nanonewsnet.ru, 27/11/2017
Российские ученые улучшат характеристики литий-ионных батарей
DimonVideo (dimonvideo.ru), 28/11/2017
Ученые улучшают литий-ионные батареи
Marchmont.ru, 28/11/2017
Ученые нашли способ увеличить скорость зарядки аккумулятора
Русская планета (rusplt.ru), 28/11/2017
Ученые нашли способ улучшить литий-ионные аккумуляторы
Daily-news (daily-news.com.ua), 28/11/2017
Ученые нашли способ повысить емкость и максимальную скорость заряда-разряда элементов питания литий-ионных батарей
Polpred.com, 29/11/2017
В России нашли способ повысить емкость литий-ионных аккумуляторов
Portalinweb.com, 30/11/2017
Найден способ повысить емкость аккумуляторов
Русская планета (rusplt.ru), 12/12/2017
Российские ученые нашли способ удвоить емкость аккумуляторов
Pcnews.ru, 12/12/2017
Российские ученые нашли способ удвоить емкость аккумуляторов
Politnews.net, 12/12/2017
Российские ученые нашли способ удвоить емкость аккумуляторов
Новости@Rambler.ru, 12/12/2017
Российские ученые нашли способ удвоить емкость аккумуляторов
ТАСС, 12/12/2017
Российские ученые нашли способ удвоить емкость аккумуляторов
Спутник Новости (news.sputnik.ru), 12/12/2017

Похожие новости

  • 04/04/2018

    Российские ученые повысили твердость стали с помощью лазера и наночастиц

    Коллектив ученых Национального исследовательского университета «МЭИ», Федерального исследовательского центра Красноярский научный центр СО РАН (ФИЦ КНЦ СО РАН) и Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета разработал технологию повышения поверхностной твердости и износостойкости стальных изделий.
    738
  • 20/10/2017

    Красноярские ученые разработали технологию управляемого синтеза магнитных нанопорошков

     Ученые Института физики им. Л.В. Киренского Красноярского научного центра СО РАН (КНЦ СО РАН) научились синтезировать магнитные наночастицы с ядром из никеля и непроводящей ток углеродной оболочкой.
    520
  • 13/04/2018

    Дилатометр измерит деформации космических материалов в вакууме

    Ученые из Института физики им. Л.В. Киренского Федерального исследовательского центра Красноярский научный центр СО РАН (ФИЦ КНЦ СО РАН) разработали измерительную ячейку для исследования свойств материалов при температурах близких к абсолютному нулю.
    300
  • 10/09/2018

    Физики изучили свойства плазмонов в наноструктурированном графене

    Группа ученых из России и Австрии продемонстрировала, что взаимодействие между плазмонными колебаниями в наноструктурированном графене приводит к сильному сдвигу спектра поглощения света в дальнем инфракрасном диапазоне.
    140
  • 15/12/2017

    Химики создали новый класс люминофоров для электронной промышленности

    ​Международный коллектив химиков из Китая, России и Японии синтезировал новое кристаллическое вещество на основе оксидов редкоземельных металлов, а также описал его структуру и свойства. Расшифровка рентгенограммы нового соединение установила, что он относится к новому, ранее неизвестному классу.
    635
  • 21/04/2017

    Красноярские физики получили нанодисперсные порошки для создания аккумуляторов водорода

    Ученые Сибирского федерального университета и Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН разработали технологию синтеза нанодисперсных порошков магния, которые могут стать перспективным материалом для изготовления аккумуляторов водорода для автомобильного транспорта.
    1114
  • 27/12/2017

    Исследователи реализуют проект, позволяющий исправлять мутации ДНК митохондрий

    ​В последнее время все чаще можно услышать о тяжелых наследственных заболеваниях митохондриальной этиологии. Эти недуги вызываются дефектами митохондрий, которые являются своеобразными "энергетическими станциями" клеток организма.
    846
  • 02/03/2018

    Первые испытания начались на коллайдере NICA в Дубне

    ​Ученые из США, Тель-Авива, Германии, Франции и России два дня назад начали эксперименты на коллайдере тяжелых ионов NICA в Дубне Московской области. Об этом на пресс-конференции в Новосибирске рассказал директор лаборатории физики высоких энергий Владимир Кекелидзе.
    383
  • 09/08/2018

    Ученые разработали микрокапсулы с квантовыми точками для диагностики рака

    Ученые Лаборатории нано-биоинженерии Инженерно-физического института биомедицины Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ" Галина Нифонтова, Мария Звайзгне, Мария Барышникова и Игорь Набиев в сотрудничестве с исследователями из МФТИ, Института экспериментальной медицины Макса Планка (Германия) и Реймского университета Шампань-Арденн (Франция) разработали полиэлектролитные микрокапсулы со встроенными квантовыми точками, которые могут использоваться для диагностики и лечения онкологических заболеваний.
    180
  • 10/10/2017

    Красноярские ученые создали гибкое «черное тело» с колоссальной способностью поглощать тепло

    ​Ученые Института физики им. Л.В. Киренского Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр СО РАН» (ФИЦ КНЦ СО РАН) разработали уникальный эластичный поглотитель тепла. Гибкое «черное тело» можно объединить с термоэлектрическими элементами и разместить на человеческой коже.
    821