Специалисты Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН совместно с учеными Еврейского университета в Иерусалиме создали революционный анод для натрий-ионных аккумуляторов. Материал на базе сульфида германия и максена (MXene) демонстрирует выдающуюся стабильность при очень высоких скоростях зарядки и разрядки, сохраняя свойства даже после множества циклов работы. Этот синтетический метод открывает новые перспективы для разработки высокоемких материалов для накопления энергии.
Типы материалов для современных анодов
Аноды в ионных аккумуляторах бывают трех видов. **Интеркаляционные** характеризуются обратимым внедрением ионов в кристаллическую решетку при малых изменениях объема, что гарантирует долговечность и позволило широко применять их в электронике и транспорте. **Конверсионные** материалы реагируют с полным разрушением структуры, что влечет значительное увеличение объема и ограниченную энергоэффективность. **Сплавные** материалы формируют сплавы, обладая высокой емкостью, но страдают от огромного (до 300%) объемного расширения, разрушающего электрод.
Проблема нишевых материалов и пути решения
Конверсионные и сплавные материалы объединяет серьезный недостаток – гистерезис напряжения при циклах заряда-разряда, ведущий к потерям до четверти энергии и снижению эффективности. Однако их принципиально более высокая удельная емкость делает их перспективными для передовой портативной электроники, аэрокосмической промышленности и имплантатов, где критична максимизация запасаемой энергии на единицу массы или объема. Улучшить свойства возможно через модификацию состава и морфологии. Ключевой подход – создание тонкого нанопокрытия активного вещества на токопроводящей основе. Это повышает электропроводимость, увеличивает площадь контакта, улучшает скоростные характеристики и долговременную стабильность системы.
Прорыв: Суперстабильный анод GeSx/MXene
Российско-израильская научная группа достигла значительных успехов, создав эффективный композитный анод из сульфида германия и максена для натрий-ионных батарей. Материал показал феноменальную устойчивость: рост плотности тока в 30 раз (с 0.1 до 3 А·г⁻¹) приводит к снижению емкости лишь на скромные 15%. Важно, что при плотностях тока выше 1 А·г⁻¹ анод GeSₓ/MXene превосходит аналоги на основе GeS₂ и восстановленного оксида графена (rGO) аналогичного происхождения.
Комментарий ученых о разработке
Как отметил Алексей Михайлов, к.х.н., старший научный сотрудник Лаборатории пероксидных соединений и материалов на их основе ИОНХ РАН: «Наша работа представляет инновационный пленочный электрод для натрий-ионных аккумуляторов. Он состоит из титанового карбида и покрытия из сульфида германия. Для контроля размера и предотвращения слипания частиц мы применили поверхностно-активные вещества при синтезе. Композит выделяется благодаря синергии высокой проводимости максена и повышенной удельной емкости GeS, что делает его исключительно перспективным анодом».
Финансовая поддержка
Исследования выполнены при поддержке Минобрнауки России в рамках государственного задания ИОНХ РАН.
Пресс-релиз подготовлен ИОНХ РАН для проекта «Виртуальный музей химии: продолжение осмотра» при грантовой поддержке Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий» и проводится в рамках Десятилетия науки и технологий.
Источник: indicator.ru
