Наиболее часто в мобильных устройствах (ноутбуки, мобильные телефоны, КПК и другие) применяют широко распространенные литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы. Это связано с их преимуществами по сравнению с широко использовавшимися ранее и, по крупному счету, устаревшими никель-металлгидридными (Ni-MH) и никель-кадмиевыми (Ni-Cd) аккумуляторами. У Li-ion аккумуляторов значительно лучшие параметры. Однако следует учитывать, что Ni-Cd аккумуляторы имеют одно важное достоинство: способность обеспечивать большие токи разряда. Это свойство не является критически важным при питании ноутбуков или сотовых телефонов (где доля Li-ion доходит до 80% и их доля становится все больше и больше), но существует достаточно много устройств, потребляющих большие токи, например всевозможные электроинструменты, электробритвы и т.п. До сих пор эти устройства являлись вотчиной почти исключительно Ni-Cd аккумуляторов.
Однако в настоящее время, особенно в связи с ограничением применения кадмия в соответствии с директивой RoHS, резко активизировались исследования по созданию бескадмиевых аккумуляторов с большим разрядным током.
Чтобы увеличить емкость литий-ионных батарей и увеличить скорость их зарядки, российские ученые предложили использовать в качестве анодного материала для них соединение графена с монослоем дисульфида ванадия. Результаты исследований опубликованы в журнале The Journal of Physical Chemistry. «Предложенный композит представляет собой двухмерную структуру из двух разнородных слоев: графена и дисульфида ванадия. Толщина такой пластины составляет порядка одного нанометра.
Мы показали, что ионы лития могу связываться не только на поверхности такого материала, но и в межслоевом пространстве, что в конечном итоге приводит к его высокой удельной емкости», — пояснил младший научный сотрудник лаборатории физики магнитных явлений Института физики имени Л.В. Киренского ФИЦ КНЦ СО РАН Максим Высотин.
Ученые подсчитали, что возможная емкость такого композита составит 569 мАч на один грамм анодного материала, это почти в два раза выше, чем у графита — наиболее часто используемого анода в современных литий-ионных батареях. Теоретические расчеты показали, что соединение графена и ванадия обеспечивает как хороший перенос электронов, так и механическое упрочнение материала.
«Ключевой особенностью композита, помимо емкости, является высокая подвижность ионов лития внутри. Это позволяет быстро заряжать аккумулятор или питать от него устройства повышенной мощности. Также высокая подвижности ионов позволяет надеяться на хорошую работу аккумуляторов при низкой температуре», — добавил кандидат физико-математических наук, научный сотрудник лаборатории «Неорганические наноматериалы» НИТУ «МИСиС» Захар Попов.
Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!
