Исследователи из Центра энергетических наук и технологий Сколтеха создали новый катодный материал на основе фторидофосфата титана, позволивший достичь высоких энергетических показателей и стабильной работы при высоких токах разряда.

Полученные результаты опубликованы в престижном журнале Nature Communications.

Сегодня бурное развитие электрического транспорта и возобновляемой энергетики требует разработки коммерчески доступных, безопасных и недорогих накопителей энергии на основе металл-ионных аккумуляторов. Основным недостатком существующей литий-ионной технологии считается высокая цена, а также прогнозы по возможному скорому исчерпанию мировых запасов литий- и кобальтсодержащего сырья, используемого для изготовления материала катода – ключевого элемента аккумулятора, определяющего его основные функциональные и энергетические характеристики.

В поисках альтернативной технологии много усилий было приложено к созданию аккумуляторов, которые построены с использованием более доступных и менее дорогих элементов, например, калия вместо лития. При этом кобальт в составе катода может быть заменен на более распространенные и экологичные железо, марганец и даже титан.

Титан – один из наиболее часто встречающихся элементов в земной коре (по частоте встречаемости он занимает десятое место) — добывается во всем мире, при этом основные титансодержащие реагенты легко доступны, устойчивы и не токсичны. Но, несмотря на эти преимущества, основной проблемой для применения соединений титана в качестве катодных материалов долгое время оставался низкий электрохимический потенциал, ограничивающий практически достижимую удельную энергию аккумулятора.

Ученым из Сколтеха удалось создать перспективный, коммерчески привлекательный катодный материал на основе фторидофосфата титана (KTiPO₄F), который имеет высокий электрохимический потенциал и отличается беспрецедентной стабильностью работы при высоких скоростях заряда и разряда.

Особенности и характеристики нового материала / ©Пресс-служба Сколтеха

Профессор Станислав Федотов: «Это исключительный результат, буквально сдвигающий устоявшуюся парадигму в «аккумуляторном сообществе», согласно которой материалы на основе титана рассматривались исключительно как анодные из-за его низкого потенциала. Мы считаем, что открытие KTiPO₄F может стать стимулом к поиску и разработке новых титансодержащих катодных материалов с уникальными электрохимическими характеристиками».

Профессор Артем Абакумов, директор Центра энергетических наук и технологий Сколтеха также прокомментировал открытие: «С точки зрения неорганической химии и химии твердого тела получен прекрасный пример, который в очередной раз демонстрирует, что на практике не нужно слепо руководствоваться общепринятыми догмами, а стоит смотреть на вещи широко открытыми глазами. Ведь при правильно подобранном химическом составе, кристаллической структуре и способе синтеза невозможное становится возможным, и могут быть обнаружены новые материалы с неожиданными свойствами и новыми возможностями практического применения, что и было блестяще продемонстрировано профессором Федотовым и его командой».