Российские
ученые совместно с коллегами из Израиля и Австралии получили материал на основе
восстановленного оксида графена и сульфида сурьмы и протестировали его в
качестве анода калий-ионного аккумулятора — перспективного аналога используемых
сейчас литий-ионных. Результаты работы, поддержанной грантом Российского
научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Journal of Materials Chemistry A.
Сегодня мы
не можем представить свою жизнь без смартфонов, ноутбуков и других гаджетов,
работающих без подключения к электросети и получающих энергию от литий-ионных
аккумуляторов. Количество таких устройств ежегодно растет, кроме того,
пользователи нуждаются в более энергоемких источниках энергии, которые позволят
им работать дольше без подзарядки. Однако запасы лития в земной коре уменьшаются,
а отработавшие свой ресурс аккумуляторы утилизируются неэффективно. Это
приводит к постепенному удорожанию литиевого сырья. Разработка альтернативных
аналогов на основе, например, натрия и калия поможет создать более дешевые и
мощные источники энергии. Преимущество калий-ионных аккумуляторов заключается в
высокой проводимости калийсодержащих электролитов, но сейчас такие источники
энергии находятся на стадии лабораторных исследований.
Основными
компонентами металл-ионных аккумуляторов являются два электрода (катод и анод),
разделенные пористым сепаратором. Во время работы аккумулятора катионы лития,
натрия или калия поступают из материала анода в материал катода через
электролит, который заполняет корпус аккумулятора. Во время зарядки происходит
обратный процесс.
Емкость
электродных материалов, и, в конечном итоге, всего аккумулятора зависит от
количества ионов металла, которые могут обратимо присоединять и отдавать
материалы анода и катода. В литий-ионных аккумуляторах в качестве анода часто
используют графит, благодаря его свойству обратимо включать литий между слоями
углерода. Калий, как и литий, в отличие от натрия, тоже взаимодействует с
графитовым анодом, однако в настоящий момент ведется поиск материалов, которые
обладают более высокой электрохимической емкостью и устойчивостью в ходе
повторяющихся циклов заряда-разряда.
В процессе
исследования ученые получили новый материал на основе сульфида сурьмы и
восстановленного оксида графена и изучили его свойства в качестве анода в
калий-ионном аккумуляторе. Материал был получен пероксидным методом,
разработанным ранее в лаборатории пероксидных соединений и материалов на их
основе Института общей и неорганической химии имени Н. С. Курнакова РАН (Москва). Метод заключается в
самоорганизующемся равномерном осаждении частиц пероксокомплекса сурьмы на
поверхности листочков оксида графена из водно-пероксидного раствора. После
обработки материала сероводородом и последующей термической обработки
формируется кристалл сульфида сурьмы на поверхности подложки. Результаты
электрохимических исследований показали возможность использования материала в
качестве анода калий-ионного аккумулятора.
«Полученный
материал продемонстрировал более высокие значения удельной емкости по сравнению
с другими анодами из сульфидов фосфора, кобальта, олова и сурьмы, свыше 650
мАч/г. Энергоемкость графита, который считается перспективным, в три раза
меньше. Благодаря этому мы можем предположить, что синтезированный нами
материал может быть использован при создании современных аккумуляторов», —
отмечает руководитель проекта по гранту РНФ Петр Приходченко, доктор химических
наук, заведующий лабораторией пероксидных соединений и материалов на их основе
ИОНХ РАН (Москва).
Результаты
исследования показали, что калий-ионные аккумуляторы с анодом на основе
сульфида сурьмы и восстановленного оксида графена обладают более высокой
энергоемкостью, чем считалось ранее. Следующим этапом исследования может стать
тестирование прототипов новых источников энергии с разной концентрацией
полученного материала.
Комментариев нет:
Отправить комментарий