Альтернативный аккумулятор ученые сделали из титана, калия, фтора и фосфорной кислоты

Химики создали новый тип катодов на основе соединений фосфора и титана, который по своей энергоемкости и стабильности не уступает их классическим аналогам на основе кобальта. Об этом пишет пресс-служба Сколковского института науки и технологий со ссылкой на статью в научном журнале Nature Communications.

"Это исключительный результат, буквально сдвигающий устоявшуюся парадигму в аккумуляторном сообществе, согласно которой материалы на основе титана рассматривались исключительно как анодные из-за его низкого потенциала. Наше открытие может стать стимулом к поиску и разработке новых уникальных титансодержащих катодных материалов", - прокомментировал исследование один из его авторов, профессор Сколтеха Станислав Федотов.

Современные аккумуляторы состоят из трех частей - катода, анода и электролита. Как правило, мощность батареи напрямую зависит от состава и структуры катода, а ее долговечность - от того, как сильно разрушается материал электролита и катода при циклах разрядки-зарядки. Как правило, ключевым компонентом всех трех частей батарей сейчас служит литий. Запасы этого металла на Земле достаточно сильно ограничены, поэтому ученые активно ищут, чем его можно было бы заменить.

Помимо лития, в катоде обычно есть еще один элемент - кобальт. В его случае кроме редкости есть еще одна проблема: переработка и захоронение отработавших свое батарей осложнена его токсичностью. В результате стоимость аккумуляторов с катодами на основе кобальта растет еще больше.

Замена кобальту

Как пишет пресс-служба "Сколтеха", профессор Федотов и его коллеги из России и Италии нашли этому элементу замену. Они экспериментировали с соединениями титана - одного из самых распространенных элементов в земной коре, соединения которого относительно безопасны для организма человека и окружающей среды.

По словам химиков, титан никогда не рассматривали как компонент катода, так как у различных типов соединений этого металла довольно низкий электрохимический потенциал. Это не позволяет использовать их для того, чтобы создавать аккумуляторы, которые могли бы вырабатывать ток высокого напряжения.

Ученые выяснили, что эту проблему можно решить, особым образом "упаковав" молекулы катодного материала на основе титана, фосфорной кислоты, калия и фтора. Последний элемент сыграл ключевую роль в создании замены для кобальта, значительно повысив электрохимический потенциал титана и позволив ему достигнуть тех показателей, которые характерны для катодов классических литий-ионных батарей.

У нового материала, как отмечают ученые, есть и другие преимущества. В частности, его можно применять для создания калиевых батарей, наиболее перспективной замены для литиевых источников тока. Вдобавок этот материал, в отличие от многих других альтернатив кобальту, не разлагается при нагреве до температур больше 100 °C, а также в целом не теряет стабильность при большом числе циклов зарядки и разрядки.

Как надеются ученые, их открытие подтолкнет научное сообщество продолжать эксперименты с подобными соединениями фтора, калия, фосфорной кислоты и титана. Возможно, благодаря этому ученые создадут еще более интересные, дешевые и надежные катоды для металл-ионных батарей.