Группа ученых из Университета "Дубна" разработала лабораторную технологию создания литий-ионных аккумуляторов с повышенной удельной энергией.
Технология основана на использовании углеродных нанотрубок в качестве проводящих добавок в составе положительного электрода аккумулятора.
Литий-ионные аккумуляторы сегодня являются наиболее часто используемыми накопителями энергии в составе самых различных устройств: от мобильных телефонов до электромобилей и стационарных систем накопления и хранения энергии. Обеспечивается это благодаря рекордно высокому значению удельной энергии литий-ионных аккумуляторах в сравнении с другими коммерческими электрохимическими аккумуляторами.
В своей работе исследователи из Университета Дубна использовали в качестве проводящих добавок углеродные нанотрубки, представляющие собой нитевидные структуры диаметром, примерно, 1 нм и длиной более 100 мкм. Внедрение в электродное покрытие таких нитевидных структур позволило сформировать механически прочные электроды в рекордно высокими емкостными показателями.
В качестве активного материала положительного электрода использовался литий-железо-фосфат (LiFePO4). Выбор был продиктован тем, что такой материал обладает высокой электрохимической и термической стабильностью и используется в промышленности для создания литий-ионных аккумуляторов с высокой токоотдачей. При этом удельная энергия таких накопителей в среднем составляет 90-120 Вт*ч на килограмм аккумулятора.
Работы по формированию электродных покрытий, а также исследованию их электрохимических характеристики проводились в лаборатории Инжинирингового центра Университета «Дубна». Для исследования структурных свойств электродных покрытий был задействован уникальный нейтронный рефлектометр, установленный в экспериментальном зале исследовательского нейтронного реактора ИБР-2 (Лаборатории нейтронной физики Объединенного института ядерных исследований, г. Дубна).
Полученные уникальные научные результаты позволили ученым создать прототип литий-ионного аккумулятора с удельной энергией 150 Вт*ч на килограмм аккумулятора, что, как минимум, на 20% выше среднерыночного показателя удельной энергии коммерческих аккумуляторов на основе литий-железо-фосфата. При этом, ученые полагают, что дальнейшая оптимизация структуры аккумулятора позволит увеличить удельную энергию до 180 Вт*ч/кг.
Исследовательская работа проводилась совместно с учеными из Объединенного института ядерных исследований, Московского физико-технического института, а также Научно-исследовательского и проектно-технологического института электроугольных изделий (НИИЭИ, г. Электроугли, Московская область).
Результаты работы опубликованы в Energy Technology.