Физики Уральского федерального университета (УрФУ) вместе с коллегами из разных стран придумали, как значительно увеличить ёмкость и скорость зарядки литий-ионных батарей, снизив их стоимость и размер. Для создания высокоэффективного катода — элемента батареи, который накапливает энергию и определяет её мощность и стоимость, — они предложили использовать тонкоплёночный пентоксид ванадия с никелем. Об этом сообщили в пресс-службе вуза.
Заведующий лабораторией фотовольтаических материалов УрФУ Иван Жидков отметил, что пентоксид ванадия — перспективный материал для катодов: его относительно просто создавать, у него высокое рабочее напряжение, низкая стоимость и главное — высокая ёмкость. Она может достигать 294 мАч/г, а по некоторым оценкам и 596 мАч/г. Для сравнения: ёмкость батарей современных смартфонов составляет 140–160 мАч/г, передовых коммерческих электрокаров — 160–200 мАч/г. Материалы ёмкостью 250–300 мАч/г сегодня пытаются получить в мировых лабораториях для батарей будущего — с большим запасом энергии, быстрой зарядкой и продолжительным сроком службы.
В чём проблема и что сделали
Несмотря на высокую ёмкость, у пентоксида ванадия есть серьёзные недостатки, ограничивающие практическое применение: низкая электронная проводимость и деградация. По словам Жидкова, материал плохо проводит ток, что влияет на скорость заряда и разряда, нагрев батареи и в итоге ускоряет её деградацию.
Чтобы решить эту задачу, учёные внедрили атомы никеля в структуру материала методом ионной имплантации. В результате удалось не разрушить материал и улучшить электропроводность примерно в три раза по сравнению с исходным пентоксидом ванадия. Жидков оговорился, что другие характеристики — функциональность и стабильность — ещё предстоит проверить на готовом изделии.
Следующий шаг учёных — проверить свойства полученного материала на образцах и продолжить работу над повышением электропроводности до уровня современных промышленных аналогов из других материалов.