Материал-сэндвич ускорит разработку мощных и долговечных аккумуляторов

Исследователи из Саратовского национального исследовательского государственного университета имени Н.Г. Чернышевского (Саратов) с помощью компьютерного моделирования предсказали улучшенный материал, по строению напоминающий сэндвич, который можно использовать для изготовления катодов.

В его основе лежит традиционный оксид кобальта с литием, к которому добавлен тонкий слой графена — листа из углерода толщиной в один атом. Авторы выбрали именно графен, поскольку он хорошо проводит ток и имеет высокую прочность, которая убережет катод от преждевременного разрушения.

С помощью квантово-химических методов авторы рассчитали характеристики смоделированного материала и нашли оптимальное количество слоев оксида кобальта с литием и графена. Ученые протестировали варианты, в которых соотношение этих компонентов по массе менялось от 1:1 (равное количество оксида и графена) до 8:1 (оксида в восемь раз больше, чем графена).

Оказалось, что структура, в которой оксида кобальта с литием по массе было в восемь раз больше, чем графена, обеспечивает наилучшее перемещение ионов — в 1,6 раза быстрее, чем в чистом оксиде кобальта с литием. Это значит, что на зарядку такого образца будет уходить гораздо меньше времени. Кроме того, емкость этого материала повысилась более чем в пять раз, и она не падала даже при охлаждении до -40°С и нагреве до 80°С.

Авторы предполагают, что дальнейшее увеличение количества оксида кобальта с литием по отношению к графену (до соотношения 9:1 и более) может дополнительно улучшить емкость материала, но в то же время ухудшить его прочность и скорость перемещения ионов. Однако достоверно оценить свойства этих вариантов еще предстоит в будущем.