Исследователи повысили проводимость анодов с помощью структурных дефектов
21 августа 2026, 22:12Наука и космосDexter0
Австрийские исследователи нашли способ значительно улучшить движение ионов лития в титанате лития, создав целенаправленные дефекты в кристаллической решетке. Это может потенциально повысить характеристики материала, используемого в долговечных и быстро заряжаемых литий-ионных аккумуляторах. Разработку представили химики Технического университета Граца Бернхард Гадермайер и Мартин Вилькенинг. Ученые работали с Li₄Ti₅O₁₂ — титанатом лития, применяемым в качестве альтернативы графиту в анодах аккумуляторов.
Титанат лития ценится за свою безопасность, продолжительный срок службы, возможность быстрой зарядки и стабильную работу при низких температурах. Более того, его кристаллическая решетка практически не изменяет объем при добавлении и извлечении лития. Это позволяет электродам значительно меньше подвергаться механической деградации в процессе эксплуатации.
Однако у титаната лития есть и недостаток: в исходном незаряженном состоянии материал демонстрирует относительно низкую ионную проводимость. Обычно она значительно возрастает в процессе зарядки, когда в структуру проникают дополнительные ионы лития и электроны.
Австрийские ученые предложили совершенно иной подход. Исследователи нагрели материал примерно до 300 °C в условиях пониженного содержания кислорода. В результате из кристаллической решетки удалялась небольшая часть атомов кислорода, образуя так называемые кислородные вакансии.
Эти микроскопические дефекты оказались весьма полезными. Свободные участки в кристаллической структуре активировали уже существующий, но в обычных условиях практически недоступный путь перемещения ионов лития. В итоге изначально слабый ионный проводник стал гораздо эффективнее проводить литий.
При этом основная кристаллическая архитектура остаётся нетронутой. Это особенно важно, так как простое увеличение проводимости не имело бы большого практического смысла, если бы при этом утрачиваются главные преимущества титаната лития — высокая структурная стабильность и долговечность.
Чтобы подтвердить эффект, ученые применили два независимых метода. Спектроскопия проводимости позволила оценить движение заряда в материале на макроскопическом уровне, тогда как спектроскопия ядерного магнитного резонанса дала возможность проследить движение отдельных ионов лития на атомном масштабе.
Результаты показали, что именно удаление атомов кислорода и формирование вакансий активирует дополнительный канал диффузии лития. Иными словами, свойства материала удалось изменить не за счет нового химического состава, а благодаря контролируемому созданию дефектов.
Разработка пока остаётся в рамках фундаментальных исследований и не подразумевает появления новых серийных аккумуляторов в ближайшем будущем. Ученым предстоит выяснить, насколько эффективно метод можно масштабировать и как модифицированный титанат лития ведет себя в полноценной аккумуляторной ячейке.
Источники:Interesting EngeneeringНаука и космос0Наука21 авг 22:12
Источник