Разработан новый подход для создания доступных катодных материалов для литий-ионных аккумуляторов

Российские учёные создали перспективные катодные материалы для Li/К-аккумуляторов на основе полианилина и серы с использованием простой технологии in situ.

В исследовании приняли участие сотрудники Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии Российской академии наук (Черноголовка), Уфимского федерального исследовательского центра РАН, Уфимского государственного нефтяного технического университета и Института физики металлов им. М.Н. Михеева УрО РАН (Екатеринбург). Результаты исследования опубликованы в статье в журнале Synthetic Metals.

Специалисты предложили новый простой способ создания катодных материалов для литий- и калий-ионных аккумуляторов на основе проводящего полимера полианилина (PANI), многостенных углеродных нанотрубок (MWCNTs) и серы.

Способ основан на химической полимеризации анилина in situ в присутствии MWCNTs и аммоний персульфата, что обеспечило равномерное распределение компонентов в композите. Размер наночастиц серы составил ~20 нм, что повысило её доступность для электрохимических реакций. Низкое содержание серы (до 25 % по массе) позволило избежать типичных проблем классических литий-серных аккумуляторов, таких как растворимость полисульфидов и низкая проводимость.

Один из наиболее многообещающих композитов PANI/MWCNT/S с 3–5 % серы показал удельную ёмкость 165 мА·ч/г при плотности тока 100 мА/г и среднем напряжении разряда 2,4 В. Это превышает соответствующие значения для чистого полианилина и его компoзитов с нанотрубками без серы.

Помимо литиевых ячеек, учёные впервые провели предварительные испытания созданных композитных катодов (на основе PANI и его производного полианизидина) в калиевых аккумуляторах. В качестве анода использовался жидкий сплав калия и натрия (K-Na). Эти результаты открывают путь к изучению возможности создания более доступных и масштабируемых аккумуляторов «пост-литиевой» эпохи.

Исследование предлагает новый подход к созданию органических электродных материалов, который поможет уменьшить число синтетических шагов и уменьшить затраты на производство катодов.

Источник: ФИЦ ПХФ и МХ РАН.