Материал, который защитит литий-ионные аккумуляторы от потери заряда при низких температурах, создали ученые Национального исследовательского университета «МИЭТ» (НИУ МИЭТ) совместно со специалистами из ИФХЭ РАН им. А.Н. Фрумкина. По их словам, применение анодов из нанокристаллов германия позволит добиться беспрецедентной «морозостойкости» аккумуляторов.

Исследование опубликовано в журнале Journal of Electroanalytical Chemistry.

Литий-ионные аккумуляторы (ЛИА) широко востребованы в электронике благодаря сочетанию высокой плотности энергии, небольшого веса и низкого саморазряда, сообщили ученые НИУ МИЭТ. Однако даже современные элементы питания этого типа на холоде теряют большую часть своей емкости и мощности. Уже при –20°C ЛИА сохраняют всего лишь около 10% от емкости при +20°C.

Подобные перепады становятся проблемой не только для рядовых пользователей техники. Сегодня мировым трендом является курс на освоение арктических территорий, где температура может падать до –50°C и ниже. Поэтому создание новых устойчивых к холоду аккумуляторов – одна из важных технических проблем, подчеркнули ученые.

Для решения этой задачи коллектив специалистов из НИУ МИЭТ и ИФХЭ имени А. Н. Фрумкина РАН синтезировал нитевидные нанокристаллы германия и изучил их функциональные свойства в качестве материала анода, то есть отрицательного электрода аккумулятора.

Конструкция литий-ионного аккумулятора, с анодом из нанонитей, которая не боится низких температур / © Фото : Пресс-служба НИУ МИЭТ

«Обратимая емкость, то есть заряд, который может быть отдан электродом при нормальной работе, для нашего анода составил около 250 мАч/г при –50°С. На этих температурах наиболее распространенные графитные аноды не работают вообще, а специальные "морозостойкие» аноды из титаната лития имеют емкость в два-три раза ниже", – рассказал научный сотрудник НИУ МИЭТ Илья Гаврилин.

При –20°С емкость разработанного германиевого анода в 10 раз выше, чем у стандартного графитного, сообщили ученые. При этом, по их словам, другие «морозостойкие» материалы имеют те или иные недостатки: низкое рабочее напряжение и низкую энергоемкость даже при комнатной температуре, очень медленный процесс зарядки, сложность изготовления и другие.

«Нитевидные нанокристаллы германия мы получаем электрохимическим способом из водного раствора оксида германия на проводящей подложке. За счет простой технологии и уникальных свойств синтезированных наноструктур нам удалось обойти множество сложностей, благодаря чему можно рассчитывать на относительно невысокую стоимость готовых изделий», – отметил доцент НИУ МИЭТ Алексей Дронов.

Исследования проводятся в рамках проекта Российского научного фонда № 20–79–10312.