Аноды для литий-ионных батарей научились получать экологически чисто

Tharun George/ASX

Ученые Института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН вместе с французскими коллегами разработали экологически чистый метод получения анодов для литий-ионных батарей на основе соединений германия. Статья исследователей опубликована в журнале Green Chemistry.

Литий-ионные батареи — самый распространенный тип химических источников тока. Их можно встретить в каждом смартфоне, ноутбуке, планшете и электромобиле. Эти устройства состоят из электролита и двух электродов — катода и анода — которые подключаются к внешней цепи. Катод представляет собой соль лития, помещенную на алюминиевую фольгу, а анод — графит, расположенный на медной фольге. Электрический ток создается при движении заряженных частиц: ионов лития к катоду и электронов к аноду. Когда все частицы достигают нужного им электрода, аккумулятор разряжается. При зарядке происходит обратный процесс.

Графит в литий-ионных аккумуляторах используют благодаря его свойству улавливать литий в своих кольцах. Чем больше ионов и электронов сможет поймать такая ловушка, тем большей энергоемкостью будет обладать батарея. Аккумуляторы с высокой емкостью медленнее разряжаются, что очень важно для разработчиков современных смартфонов и планшетов. Но у таких устройств есть и недостаток: увеличить их энергоемкость можно только увеличивая объем графита, а массивные аккумуляторы оказываются не востребованы на многих рынках. Поэтому сейчас графит в составе батарей пытаются заменить соединениями германия и кремния. У некоторых из них энергоемкость до пяти раз выше, чем у графита.

Однако германий в виде анодного материала может сильно деформироваться в течение постоянных циклов заряда-разряда. Это, в свою очередь, приводит к быстрому износу батареи. Решением проблемы может стать нанесение этого металла в виде наночастиц на поверхность анода, что позволит таким образом предохранить материал от деформации. Однако тут возникает новая проблема. Процесс получения наночастиц сейчас включает в себя применение очень токсичных и летучих соединений — галогенпроизводных — хлоридов, фторидов, йодидов. Поэтому наладить масштабное производство анодов из соединений германия до сих пор не удавалось.

«Наши исследования направлены на разработку новых, пригодных к практической реализации, экологически безопасных, простых и высокоэффективных методов получения наночастиц германия высокой степени чистоты. С их помощью можно увеличить энергоэффективность литий-ионных батарей. Разработанный метод электроосаждения наночастиц из цитрата германия — это результат нескольких лет серьезной работы», — подчеркивает руководитель проекта, старший научный сотрудник Института органической химии имени Н. Д. Зелинского РАН Михаил Сыроешкин.

Ученые, поддержанные грантом Президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда, предложили использовать метод электроосаждения без применения токсичных галогенпроизводных вроде хлорида германия. Новый способ основан на изготовлении анодного материала из легкодоступных и безопасных соединений. Вместо хлорида германия ученые получили наночастицы из относительно безопасного цитрата германия. Для этого диоксид германия обрабатывали лимонной кислотой. Все эти соединения стабильные, недорогие и не образуют вредных для человека и природы летучих соединений. Не исключено, что такой экологически чистый способ получения наночастиц в дальнейшем будет использован для промышленного производства батарей.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.