Російські вчені детально вивчили електрохімічні процеси, які відбуваються на електродах з німеччина. Раніше ця ж дослідницька група запропонувала використовувати їх в акумуляторах, що збільшить ємність накопичувачів заряду в п’ять разів і дозволить довше розряджатися на холоді. Нове дослідження допоможе оптимізувати розробку та використовувати його в приполярному кліматі. Результати дослідження, підтриманого грантом президентської програми російського наукового фонду (рнф), опубліковані в журналі journal of electroanalytical chemistry.
Літій-іонні акумулятори широко поширені в сучасній техніці, оскільки дуже прості у використанні, можуть багаторазово перезаряджатися, а також мають відносно високу ємність. Електричний заряд, завдяки якому такі пристрої виробляють енергію, переноситься між двома пластинами-електродами, – одна з яких складається з графіту, а друга із з’єднань літію з кобальтом або літію з залізом. Один з недоліків літій-іонних акумуляторів полягає в тому, що вони втрачають ємність на холоді, а тому швидко розряджаються. Цей ефект пов’язаний з тим, що електроди менш ефективно захоплюють і віддають іони літію. Тому вчені шукають сполуки, які дозволять електродам зберігати накопичувану енергію навіть при низьких температурах.
У попередньому дослідженні хіміки ізінституту фізичної хімії та електрохімії імені а. Н. Фрумкіна ран (москва), національного дослідницького університету «московський інститут електронної техніки» (москва) і московського державного університету імені м.в. Ломоносова (москва) розробили негативні електроди (аноди) на основі нанопроволок з німеччина. Цей хімічний елемент при взаємодії з електролітом в акумуляторах створює десять різних сполук з літієм. Завдяки цьому ємність такого матеріалу досягає 1624 ма * год/г, що в п’ять разів вище, ніж у графіту в звичайних акумуляторах в смартфонах. Більш того, він ефективно працює навіть при температурі -50°с.
У новому дослідженні вчені більш детально оцінили, як германієві електроди працюють при низьких температурах. Для цього хіміки синтезували нанопроволоки електрохімічним способом з водного розчину оксиду германію на титановій провідній підкладці без використання сполучних і електропровідних добавок. Після цього вони зібрали герметичні осередки з отриманими електродами і електролітом. Експерименти по заряду і розряду осередків проводили при температурах від +20°с до -40°с.
З’ясувалося, що при зарядці на поверхні електродів формувалася нерозчинна плівка, що складається з продуктів відновлення електроліту. Щоб оцінити ефективність роботи електродів, вчені виміряли повний опір осередку під час процесу зарядки і розрядки електродів при негативних температурах. Виявилося, що опір нерозчинної плівки в процесі приєднання і віддачі літію при зниженні температури до -40°с збільшується незначно і практично не впливає на роботу електрода при знижених температурах. Але при цьому опір перенесення заряду збільшилася на порядок, що внесло свій внесок у зменшення ємності.
” наше дослідження дозволило визначити, як зміна процесу перенесення заряду при низьких температурах впливає на ємність германієвих електродів. Отримані результати дозволять оптимізувати запропоновану нами систему на основі нанониток німеччина для роботи при негативних температурах, що дуже актуально для приполярних районів. Надалі ми спробуємо знайти новий матеріал катодів, щоб ще більше вдосконалити літій-іонні акумулятори”, – розповідає керівник проекту по гранту рнф ілля гаврилін, кандидат хімічних наук, співробітник інституту фізичної хімії та електрохімії імені а. Н.фрумкіна ран.
14.12.2021
