Исследователи из Сколково создали катод для аккумулятора на основе титана и калия. Это позволит отказаться от использования редкого и дорогого лития, который, к тому же, огнеопасен и токсичен. Новые батареи могут пригодиться для промышленных накопителей и крупной техники. Работа опубликована в журнале Nature Communications.
В большинстве современных аккумуляторов используется литий, в том числе — в семействе литий-металл-фосфатных аккумуляторов. Батареи этого типа обладают бо́льшим размером и весом по сравнению с литий-полимерными, используемыми в мобильной технике, но зато они стабильнее и надежнее. Проблема в том, что литий — довольно дорогой и токсичный металл, который, к тому же, не так просто добыть: его основные месторождения находятся в Австралии и Чили.
Ученые из Сколковского института науки и технологий во главе со Станиславом Федотовым придумали, как отказаться от использования лития и применять только дешевые доступные материалы. Любой аккумулятор состоит из катода (положительного электрода), анода (отрицательного) и электролита (соединяющего их материала). При заряде ионы лития перетекают с катода на анод, при разряде — обратно. Исследователи предложили использовать вместо них ионы калия и изготавливать катод из KTiPO4F (фторид калий-титан-фосфата). Соединения титана ранее рассматривались как неподходящие для катода, так как считалось, что они обладают низким окислительно-восстановительным потенциалом.
Фторид калий-титан-фосфата получают удобным для промышленного производства методом: в реактор помещают сырье, перемешивают и выдерживают несколько часов при температуре 200 градусов Цельсия. Затем получившийся порошок сушат и прокаливают в печи. Изготавливаемый из этого порошка электрод при использовании в аккумуляторе обеспечивает напряжение в 3,6 вольта, что примерно равно напряжению широко распространенных литий-железо-фосфатных батарей.
Мировые запасы титана распределены скорее “в пользу России”. Титан, кроме того, намного более химически безопасен, а калий и фосфор в составе основного соединения при уничтожении отработанных аккумуляторов можно будет использовать как сельхоз удобрение, а не как отраву, в отличие от свинца, лития, кадмия и никеля…
Конечно, совсем экологичными и эти аккумуляторы не будут – фтор присутствует. Да и какие добавки понадобятся ещё для повышения эффективности хранения и при производства (судьба того же кобальта, как мы помним, весьма запутана), ещё долго исследовать…
Но надежда на лучшее есть.
https://nplus1.ru/news/2020/03/25/skolkovo-batteries
https://www.nature.com/articles/s41467-020-15244-6