Повышение емкости и эффективности литий-ионных аккумуляторов позволит создавать более мощные электромобили и системы хранения энергии. Однако, пока технология еще далека от совершенства. Новый способ ее улучшить нашли химики из Брукхейвенской национальной лаборатории совместно с учеными из Мэрилендского университета в Колледж-Парке и Армейской научно-исследовательской лаборатории США.
По словам исследователей, современные литий-ионные батареи содержат графитовые аноды большой емкости и, в то же время, довольно слабые катоды. «Именно катодные материалы представляют собой главную проблему при повышении плотности энергии у литий-ионных батарей», — цитирует Science Daily автора работы Сюлинь Фаня.
Для устранения этого недостатка американские химики синтезировали улучшенный катодный материал на основе фторида железа (III). В отличие от большинства аналогов, FeF3 способен переносить не один электрон, а несколько с помощью реакции конверсии.
Предыдущие эксперименты с FeF3 показали, что у такого материала есть три существенных недостатка. Ученые обнаружили, что ухудшается энергоэффективность, замедляется скорость протекания реакции, а также появляются другие «побочные эффекты», которые плохо сказываются на долговечности аккумулятора.
Чтобы избежать этих последствий, химики дополнили наностержни FeF3 атомами кобальта и кислорода, использовав реакцию замещения. Это позволило контролировать направление химической реакции и сделало ее более обратимой.
Ученые провели несколько экспериментов, чтобы проверить качество катодного материала. Они применили метод просвечивающей электронной микроскопии и установили, что скорость реакции увеличилась. Также в лаборатории провели процедуру порошковой рентгеновской дифракции.
Оба метода показали, что качество материала выросло. Такая технология в теории позволит увеличить плотность электродов литий-ионного аккумулятора в три раза и увеличить емкость батареи.
Ранее ученые из Университета Райса (США) представили простой метод производства трехмерных проводников из графеновой пены при помощи лазера. В ходе эксперимента исследователи собрали из блоков пены конденсатор с гравиметрической емкостью анода в 354 миллиампер-час на грамм — это предельный показатель для графита. Емкость катода также превзошла среднюю емкость других углеродных материалов.
