Ученые Саратовского национального исследовательского государственного университета имени Н. Г. Чернышевского разработали метод, который позволит сделать аккумуляторы более быстрыми, долговечными и безопасными.
Исследователи разработали модель 2D-пленки, основанной на графене и оксидно-фосфатных соединениях лития. «Ученые Саратовского университета нашли метод, способный изменить принципы работы аккумуляторов. Созданная ими атомистическая модель трехслойной квази 2D-пленки на основе графена и оксидно-фосфатных соединений лития может стать основой для аккумуляторов нового поколения — более быстрых, долговечных и безопасных», — отметили в ведомстве.
Исследователи проанализировали композит с архитектурой LVP/графен/LTO — тонкий «энергетический сэндвич», где сверху расположен фосфат ванадия-лития, снизу — титанат лития, а между ними находится прочный проводящий слой графена. Эта трехслойная пленка продемонстрировала редкое сочетание свойств — она может удерживать большое количество энергии и быстро отдавать её внешней нагрузке, объединяя преимущества литий-ионных аккумуляторов и суперконденсаторов.
Методика расчета
Получить такие комплексные данные удалось благодаря новой методике расчета квантовой емкости, разработанной самими авторами — ключевого параметра для точного прогноза будущих характеристик. Она учитывает, как изменяется квантовая емкость в зависимости от числа атомов лития в структуре.
По словам доцента кафедры радиотехники и электродинамики вуза Владислава Шунаева, известна старая методика расчета квантовой емкости, не учитывающая изменение химического состава системы. «Но чтобы оценить пригодность нашего материала в качестве электрода не только для суперконденсаторов, но и для литий-ионных аккумуляторов, необходимо учитывать изменение состава. Именно такая новая оригинальная методика и была нами разработана», — цитируют Шунаева в министерстве.
Благодаря этой методике удалось оценить квантовую емкость материала — показатель, определяющий, сколько заряда он способен накопить. Результаты оказались впечатляющими — до 868 мАч/г и 750.24 мАч/г в различных режимах работы. Это значительно превышает характеристики многих традиционных электродных материалов.
Технологический бутерброд
Ученые поясняют, что для неспециалистов проще всего представить этот материал как технологический бутерброд. Верхний и нижний слои взаимодействуют с литием, а графен в середине — тонкий, но необычайно прочный и проводящий лист, который удерживает всю конструкцию и ускоряет движение заряда. Такое сочетание делает структуру гибкой, эффективной и потенциально пригодной для аккумуляторов, которые могут заряжаться быстрее современных и служить значительно дольше.
Композитная трехслойная пленка способна решить три ключевые проблемы в работе телефонов, ноутбуков и электромобилей — скорость зарядки, срок службы и безопасность. «Более высокая емкость — это дольше работающее устройство, более быстрый обмен зарядом — это ускоренная зарядка, устойчивость материалов — это десятки тысяч циклов без разрушения. Дополнительным преимуществом может стать упрощение производства — использование более универсального электрода потенциально снижает стоимость и экологическую нагрузку», — уточнили в Минобрнауки РФ.
В ведомстве добавили, что пока результаты существуют в виде точного компьютерного моделирования, но «фундамент для будущего прорыва уже заложен». «Следующий шаг — синтезировать материал в лаборатории и проверить расчеты экспериментально. В 2026 году работа продолжится. Если прогнозы подтвердятся, новая архитектура электродов может изменить подход к созданию аккумуляторов — от персональной электроники до транспортных систем», — уточнили в министерстве.
Фото: hi-tech.mail.ru
