Новости: Новые Материалы

Всё большую роль в нашей повседневной жизни играют миниатюрные источники тока. Если несколько пятилетий назад таковым являлись обычные батарейки, то теперь каждый цивилизованный человек, осознающий экологические проблемы современности, предпочитает одноразовому использованию батареек многократное аккумуляторов. Да и автомобильные гиганты (к сожалению, не российские) озабочены проблемой внедрения достаточно мощных аккумуляторов в свои новые авто (к примеру, Nissan, Lexus, BMW – чей проект X7 был некоторое время образцом для подражания) и создания гибридных авто со значительно сниженной эмиссией вредных газов, автозапчасти к которым значительно дешевле. В данную область науки вкладывается большая часть прибыли всех заинтересованных компаний. Однако не всё так просто, как кажется на первый взгляд. Существует ряд недостатков и проблем, связанных с производством аккумуляторных батарей, которые пока перекрываются оптимальным сочетанием цена-ёмкость-габариты. Наиболее важная проблема – создание такого материала положительного электрода, который мог бы при приложении напряжения «запасать» в себе достаточно большое количество Li, при этом не выходя за область своей термодинамической стабильности.

Классические электроды для Li-ионной технологии работают путём однофазного и двухфазного процессов интеркаляции/деинтеркаляции. При этом однофазный процесс наиболее выгоден с точки зрения практического применения данной технологии.

Авторы работы путём низкотемпературного осаждения из раствора получили частицы размером 40, 70 и 120 нм (S40,S70 и S140, соответственно). На рисунке 1 представлен рентгенофазовый анализ полученных образцов. Также было получено распределение по размерам для образца S40 и выполнена электронная дифракция, что подтвердило высокую кристалличность образцов (рис.2). В структуре оливина существует 2 типа позиций: M1 – LiO6 и M2 – FeO6. Чтобы оценить распределение катионов по позициям (на что указывает сдвиг одного из пиков на рис.1) были выполнены анализ данных РФА методом Ритвельда и нейтронная дифракция для полученных образцов. Таким образом, состав образца S40 можно записать как (vac_0.15Li_0.79Fe_0.06)_M1(vac_0.10Fe_0.90)_M2PO₄, а S70 – (vac_0.07Li_0.89Fe_0.04)_M1(vac_0.08Fe_0.92)_M2PO₄. Далее был проведён ряд экспериментов по изучению электрохимических характеристик полученных материалов (рис.4-5), aтакже исследована зависимость параметров решётки от количества интеркалированного лития (рис.6), прекрасно описывающаяся правилом Вегарда. Измеренная ёмкость составила 120 мА*ч*г^-1, тогда как теоретический предел для данного рода материалов составляет 170 мА*ч*г^-1.

Учёные полагают, что замещение части железа, например, на марганец в структуре оливина позволит получать менее напряжённые структуры, при этом деинтеркаляция лития будет проходить по однофазному механизму. Успехи в данной области науки позволят в скором будущем создать новые, более ёмкие, безопасные и долгоживущие Li-ионные батареи, применение которых поможет сократить загрязнение окружающей среды и увеличить эффективность работы устройств.