Литий-ионные аккумуляторы в наше время нашли самое широкое применение. Их можно встретить и в мобильных телефонах, и в универсальном источнике питания комплекта амуниции «Ратник». За 25 лет со времени первого появления на рынке литий-ионные аккумуляторы очень сильно эволюционировали, превратившись из капризных и опасных устройств в надёжные и безопасные источники питания. Учёные из Института химии твёрдого тела и механохимии Сибирского отделения РАН внесли свой вклад в усовершенствование литий-ионных аккумуляторов.
Немного о литий-ионных аккумуляторах
Современные литий-ионные аккумуляторы отличаются только материалом положительного электрода. Отрицательный электрод во всех моделях сделан из графита. В качестве материала для положительного электрода аккумулятора применение нашли кобальтат лития, литий-марганцевая шпинель и литий-феррофосфат. Были ещё попытки использовать никелят лития, но аккумуляторы с таким электродом не обладали нужными характеристиками, а кроме того оказались вредными для окружающей среды.
Кобальтат лития – это лучший материал для положительного электрода литий-ионного аккумулятора, если обращать внимание только на технические характеристики. Однако кобальт является редким металлом, а потому дорогим. Собственно, попытки заменить кобальт на никель были продиктованы желанием удешевить стоимость конечного продукта. Кроме того, кобальт также опасен для окружающей среды.
Марганец – альтернатива кобальту
Ближайшим по своим характеристикам к кобальтату лития является литий-марганцевая шпинель. У этого материала есть несколько дополнительных преимуществ. По распространённости в земной коре марганец занимает 14-е место – после железа. Благодаря этому марганец значительно дешевле кобальта, а именно, в 15 раз. Аккумуляторы на основе марганца признаны безопасными для окружающей среды.
Всё хорошо, но не хватает этим батареям ёмкости и рабочего напряжения, чтобы заменить кобальтовые аккумуляторы там, где эти характеристики имеют критическое значение. Если обычный городской житель может смириться с некоторым утяжелением мобильных устройств и сокращением времени автономной работы в обмен на значительное снижение цены и собственную гордость за бережное отношение к природе, то погоня за дешевизной в военной или космической сфере окажется себе дороже.
Успехи сибирских учёных
Наши учёные из Новосибирска решили улучшить марганцевые литий-ионные аккумуляторы. До них 15 лет считалось, что наноматериалы никогда не будут работать в этих устройствах. А ведь наноструктурирование электродного материала позволяет значительно увеличить площадь поверхности электрода, а, следовательно, и ёмкость аккумулятора. Русские учёные разбили давнее предубеждение и получили электродный материал в наноразмерном состоянии.
Это не единственное достижение наших специалистов. В процессе работы аккумулятора ионы лития перетекают из положительного электрода в отрицательный. При зарядке аккумулятора всё происходит наоборот. При этом заряд марганца меняется на единицу. Наши учёные показали, что его можно изменить на две единицы, т.е. увеличить вдвое количество ионов лития на один ион марганца. Это означает увеличение рабочего напряжения аккумулятора.
И наверное, не последний по важности результат этой работы заключается в относительной простоте метода получения электродной массы. Получать её можно в твёрдой фазе или в жидкой. Для промышленности проще работать по первому способу, к нему и прибегли новосибирцы. Весь процесс проводился при комнатной температуре. И это тоже хорошо. Как всегда дело остаётся за малым – доведением лабораторной методики до технологической схемы и запуском производства.
Год подходит к концу и если собрать все новости об успехах российской науки, то можно увидеть, что наши учёные нынче работают на самых перспективных направлениях, и работают успешно. Пожелаем им плодотворной работы и ещё больше творческих успехов в будущем году. Я также желаю отечественным предпринимателям внимательнее читать новости науки и техники и смелее внедрять разработки наших учёных. А то так и можно продолжать ныть, что у нас ничего не делается. Делается. Только глаза надо раскрыть.
Евгений Радугин
Источник