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.
    1501
  • 13/08/2019

    Сибирские ученые научились находить и устранять деформации в промышленной керамике

    ​Коллектив ученых из Красноярска и Новосибирска разработал метод для определения остаточных деформаций в керамике из титаната бария. Это позволит сохранить её свойства и контролировать качество изделий, производимых из этого материала.
    427
  • 10/04/2019

    Красноярские ученые открыли новый материал для белых светодиодов

    ​Российско-китайская группа ученых обнаружила и описала новое соединение для производства белых светодиодов, способных оптимизировать процесс выращивания сельскохозяйственных растений. Статья опубликована в Chemical Engineering Journal.
    562
  • 07/03/2019

    Сергей Аксенов: наше исследование – это стартовый этап в создании технологий будущего

    ​Ученые уверены, что век квантовых компьютеров – новых технологий, с помощью которых станет возможным решение задач, неподвластных даже самым мощным современным суперкомпьютерам, уже близок. Но прежде физикам необходимо разрешить ряд трудностей, связанных с их созданием.
    780
  • 16/01/2018

    Российские физики обнаружили у жидких кристаллов эффект памяти

    ​Сотрудники физического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова совместно с российскими и зарубежными коллегами обнаружили эффект памяти в жидких кристаллах под действием сильных электрических полей. Результаты исследования были опубликованы в журнале Scientific Reports.
    1640
  • 23/09/2019

    В России создали диагностическое оборудование для ITER

    ​Российские ученые разработали диагностическое оборудование для Международного экспериментального ядерного реактора ITER, которое может работать в экстремальных условиях. Это ускорит процесс строительства нового, более экологичного и безопасного источника энергии.
    423
  • 16/10/2018

    Красноярские физики исследовали сверхбыстрый распад молекулы воды

    ​Ученые из Сибирского федерального университета (СФУ) совместно с коллегами из Швеции описали распад молекулы воды при воздействии на нее рентгеновского излучения. Полученные данные в дальнейшем можно использовать для создания материалов с заданными свойствами, сообщила пресс-служба СФУ.
    693
  • 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.
    1423
  • 25/09/2018

    Физики измерили намагниченность диэлектрика за одну триллионную долю секунды

    Коллектив ученых из России, Германии, Швеции и Японии разработал способ изменить намагниченность диэлектрика, воздействуя на него сверхкороткими лазерными импульсами. Ученым удалось добиться времени изменения намагниченности в одну пикосекунду – это в 100 раз меньше, чем предполагалось ранее.
    748
  • 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.
    903