Хризантемы на аноде

Сотрудники Сколтеха и Института органической химии имени Н. Д. Зелинского РАН разработали перспективный материал для анодов ионолитиевых батарей - органическое соединение германия.

Ранее исследователи предложили заменить графит в аноде на диоксид германия, что теоретически даёт возможность удвоить ёмкость электрода. Однако диоксид германия в чистом виде теряет свои качества уже после нескольких циклов заряда-разряда. Дело в том, что он имеет жёсткую кристаллическую решётку, в которой атомы германия во всех пространственных направлениях соединены между собой мостиками из атомов кислорода.

«Пытаясь сделать эту структуру более рыхлой, мы решили заменить один из четырёх кислородных мостиков на органический фрагмент, который не позволил бы материалу складываться в регулярную трёхмерную решётку, - поясняет старший научный сотрудник ИОХ РАН Михаил Сыроешкин. - Мы получили органические сесквиоксиды германия. Приставка "sesqui", по-латыни "полтора", означает, что на каждый атом германия приходится полтора атома кислорода. Синтезированные нами вещества хорошо известны, абсолютно безопасны и нетоксичны - в отличие от неорганических соединений германия. Они даже применяются в качестве биодобавок к пище, поскольку органический фрагмент помогает организму усваивать германий». Ионы лития при интеркаляции разрушают трёхмерную структуру диоксида, но не сесквиоксид германия.

Для производства перспективного соединения исследователи применили сублимационную сушку водных растворов - очень простой и доступный метод, который используют, например, при получении растворимого кофе. Когда кристаллизующийся раствор заморожен, молекулам вещества не хватает энергии на то, чтобы перемещаться и собираться в крупные кристаллы. В результате полученный препарат выглядит под микроскопом как цветок хризантемы, собранный из ультратонких волокон. Испытания материала показали, что он обладает хорошей стабильностью и обеспечивает вдвое большую ёмкость электрода, чем классический графит.