По словам китайских ученых, монтросеит (montroseite), оксидный минерал ванадия, впервые обнаруженный шестьдесят лет назад, может найти применение в качестве анодного материала для создания экологически чистых источников питания.

Йи Си (Yi Xie) с соавторами из Университета Науки и Технологии провинции Хефей синтезировали искусственный монтросеит (минерал получил свое название в честь графства Монтроз в Колорадо, где он впервые был обнаружен). Благодаря уникальной структуре, похожей на морского ежа, полученные синтетические образцы аналога природного соединения продемонстрировали более эффективные электрохимические свойства по сравнению с наностержневыми электродами и могут рассматриваться как перспективный материал для изготовления анода водных литий-ионных аккумуляторов.

Рис. 1. Монтросеит и парамонтросеит могу применяться в качестве материалов для анода. (Рисунок из Dalton Trans., 2010, 39, 10729, DOI: 10.1039/c0dt00715c).

Литий-ионные источники питания генерируют электричество за счет перемещения ионов лития от анода к катоду. В водных литий-ионных батареях используется водный раствор электролита, такие источники питания являются безопасной и дешевой альтернативой стандартных литий-ионных источников питания, в которых используются токсичные и огнеопасные органические растворы электролиты.

Си отмечает, что водный раствор электролита отличается высоким значением ионной проводимости, которая, в свою очередь, дает высокую плотность энергии. Электропроводность водных растворов электролита примерно на два порядка выше электропроводности органических электролитов, что позволяет говорить о «водных» литий-ионных источников питания как о перспективной экологически чистой замене существующим литий-ионным источникам питания. Однако, литий-ионные аккумуляторы на водной основе не являются такими же стабильными, как их «органические» аналоги, и также для производительности аккумулятора необходим правильный выбор электрода.

Исследователи из группы получили монтросеит с помощью простой гидротермической реакции, получив образец монтросеит, структура которого напоминала структуру полого морского ежа. Каждый «морской еж» создан из одноразмерных наностержней, исходящих их единого центра. Исследователям окислить удалось также продукт окисления монтросеита – парамонтросеит, который также существует в природе (он образуется при естественной погодной эрозии руды).

Оба образца – и монтросеит и парамонтросеит продемонстрировали хорошие электрохимические свойства – активное поглощение и высвобождение ионов лития, что позволяет использовать их в качестве анодных материалов. Си полагает, что эти свойства обусловлены комбинацией микрокристаллической структуры и наличием макроскопической полости в образце. Это сочетание обеспечивает хороший контакт анода с электролитом, небольшие расстояния диффузионного пробега ионов лития, а также наличие существенных пустот для поглощения и последующего высвобождения ионов лития.

По материалам: