Об этом сообщила пресс-служба Минобрнауки России. Текст научной работы опубликован в журнале «Applied Magnetic Resonance».
По данным ведомства, результаты помогут создать более эффективные и долговечные накопители энергии.
В сообщении уточняется, что исследователи изучили влияние измельчения и последующего отжига на характеристики аморфного углерода. Выяснилось, что после измельчения и нагрева до 800°C в материале образуются упорядоченные графеноподобные области. Они способны улучшить параметры аккумуляторов нового поколения.
Литий-ионные батареи широко применяются в телефонах, ноутбуках, электромобилях и других современных устройствах. Их отрицательные электроды чаще всего производят из графита - недорогого углеродного материала, слои которого упорядочены. Более перспективным вариантом считают неупорядоченный углерод: в нем много дефектов и пустот, повышающих емкость аккумулятора.
Однако избыточная неупорядоченность ухудшает эксплуатационные свойства: материал быстрее изнашивается и хуже возвращает заряд. Именно поэтому специалисты ищут способ обработки углерода, дающий наибольшую способность накапливать и отдавать заряд.
С помощью ядерного магнитного резонанса ученые сравнили спектры образцов углерода. Исходный материал, как выяснилось, почти не содержит пор и состоит из беспорядочно расположенных фрагментов графита.
После измельчения форма этих блоков не изменилась, но материал стал более рыхлым и пористым. Это привело к более активному взаимодействию с окружающей средой и частичному окислению - в структуре появились группы, включающие кислород и водород. Протонные сигналы, которые удалось обнаружить, позволили оценить размер появившихся пор.
В образце, подвергнутом измельчению и нагреву при 800°C, начали появляться упорядоченные области, по строению сходные с графитом. Такая частичная упорядоченность обеспечит материалу сочетание высокой емкости, присущей неупорядоченному углероду, с долговечностью и эффективной отдачей заряда, характерными для графитовых структур.
Руководительница лаборатории магнитно-резонансных методов исследования вещества Балтийского федерального университета Г. Куприянова сообщила, что проведенная работа показала: регулируя степень измельчения и температуру нагрева аморфного углерода, можно управлять его структурой и получать материал с заданными свойствами. По ее словам, это позволяет, например, повысить проводимость и стабильность анодов, а значит, выпускать аккумуляторы с большей емкостью и увеличенным сроком службы. Она добавила, что в дальнейшем коллектив намерен на практике детально изучить влияние упорядоченных структур в аморфном углероде на перемещение ионов в аккумуляторах.
В литий-ионном аккумуляторе анод принимает ионы лития во время зарядки и отдает их при разрядке. По этой причине характеристики углеродного материала анода прямо определяют емкость и продолжительность работы батареи.
Автор: А. Шевченко
