Россия выводит аккумуляторы на новый этап: создана негорючая и стабильная структура

Российские исследователи представили материал, который может изменить будущее аккумуляторных технологий и стать основой для новых типов источников тока. Удалось получить уникальную структуру из доступных, экологичных и безопасных элементов, что делает открытие особенно значимым для энергетики. Результаты работы опубликованы в международном научном журнале Journal of Composites Science. Об этом сообщает Naukatv. ru.

Как создавали новый материал для твердотельных батарей

Учёные Сахалинского государственного университета совместно с коллегами из Дальневосточного федерального университета и Кольского научного центра РАН разработали материал, способный выполнять функции "сердца" аккумулятора. В обычной батарее ответственная за накопление и отдачу энергии часть состоит из химически активных соединений, однако её эффективность зависит от внутренней структуры. Если она недостаточно пористая или имеет неправильную форму, аккумулятор теряет мощность, перегревается или изнашивается быстрее.

Исследователи нашли способ синтезировать материал на основе доступных элементов — цинка и железа, применяя "золь-гель метод". Эта технология позволяет не просто смешивать вещества, но выращивать их структуру на молекулярном уровне. Полученный материал напоминает губку с сетью микроскопических пор, которые облегчают прохождение заряженных частиц. Такая пористость обеспечивает высокую проводимость и устойчивость, что важно для работы перспективных твердотельных аккумуляторов.

Преимущество этой структуры заключается в том, что она негорючая, а значит существенно безопаснее литиевых аналогов. Кроме того, исходные компоненты широко доступны и недороги, что делает разработку потенциально привлекательной для промышленного производства.

Исследователи подчёркивают, что создание феррита цинка с высокой проводимостью стало возможным благодаря строгому контролю параметров синтеза. На каждом этапе они добивались равномерного распределения элементов, что обеспечило точность формирования "ионной губки".

Значение открытия для новых источников энергии

Руководитель проекта, заведующий лабораторией "Электрохимические источники для возобновляемой энергетики" СахГУ Олег Шичалин, подчеркнул, что их исследование демонстрирует возможности целенаправленного подбора метода синтеза для получения материалов с заданными свойствами. Он отметил, что феррит цинка, изготовленный золь-гель методом, показал проводимость выше теоретических расчётов. Такой результат открывает перспективу использования нового материала в мощных и надёжных твердотельных батареях будущего.

Заместитель генерального директора ФИЦ КНЦ РАН по науке, академик Иван Тананаев, добавил, что выполненная работа стала системным шагом в разработке функциональных материалов. По его словам, учёные не просто подтвердили перспективность феррита цинка, но и установили оптимальный технологический маршрут для его промышленного получения, что особенно важно для дальнейшей интеграции открытого материала в энергетические решения.

Полученные данные дают основание рассматривать разработку как переход от лабораторных экспериментов к формированию технологических прототипов. В перспективе такие аккумуляторные ячейки могут применяться как в портативной электронике, так и в электротранспорте, где требуется высокая безопасность и стабильность работы.

В чём особенности "ионной губки"

Структура нового материала делает его уникальным. Пористость обеспечивает лёгкое прохождение ионов, а это ключевое условие для эффективного тока. Чем быстрее частицы перемещаются внутри батареи, тем выше её мощность, стабильность и срок службы. Золь-гель метод позволяет создавать такие структуры с высокой однородностью, что даёт повторяемые результаты и обеспечивает предсказуемость свойств.

В отличие от стандартных литиевых аккумуляторов, использующих органические жидкие электролиты, новый материал отличается негорючим составом и устойчивостью к температурным воздействиям. Это важно для повышения безопасности: перегревы, короткие замыкания и разрушение корпуса становятся менее вероятными.

Кроме того, использование недорогих металлов, таких как цинк и железо, делает технологию экономически привлекательной. Химические свойства феррита цинка позволяют предполагать высокую надёжность и износостойкость катодов при многократных циклах зарядки и разрядки.

Сравнение нового материала с традиционными катодами

Чтобы оценить прорывность разработки, важно сопоставить её с существующими решениями.

1. Традиционные литиевые аккумуляторы требуют редких и дорогих металлов, тогда как новый материал создан из доступных элементов.

2. Литиевые аккумуляторы воспламеняемы при повреждении, а феррит цинка негорюч, что увеличивает безопасность.

3. Пористая структура "ионной губки" обеспечивает более высокую проводимость по сравнению с плотными материалами, используемыми в стандартных батареях.

Такое сравнение позволяет говорить о значительном потенциале нового материала для широкого применения.

Плюсы и минусы нового подхода к синтезу

Разработка имеет много преимуществ, но учёные отмечают и определённые ограничения.

К плюсам относятся:
• доступность сырья и низкая стоимость компонентов;
• высокая проводимость феррита цинка;
• безопасность благодаря негорючему составу;
• перспективность для твердотельных батарей;
• возможность промышленного масштабирования.

К минусам относят:
• необходимость строгого контроля условий синтеза;
• отсутствие данных о долговременной стабильности в реальных устройствах;
• потребность в адаптации технологий для массового производства;
• необходимость разработки промышленного стандарта под новые материалы.

Тем не менее все показатели говорят о значимости открытого материала для энергетики будущего.

Популярные вопросы о новом источнике тока

Почему феррит цинка называют материалом будущего?

Потому что он демонстрирует высокую проводимость, безопасность и доступность, что делает его конкурентом литиевых катодов.

Чем золь-гель метод отличается от обычного синтеза?

Он позволяет выращивать материал на молекулярном уровне, создавая пористую структуру, которая улучшает транспорт ионов.

Где могут применяться такие аккумуляторы?

В портативной электронике, электротранспорте и твердотельных энергетических системах, где важны безопасность и высокая эффективность.