ЛИТИЙ В ЛИДЕРАХ
Российские учёные о материалах для литий-ионных аккумуляторов
В настоящее время литий-ионные аккумуляторы (ЛИА) являются одними из наиболее широко используемых источников питания в военных, медицинских, бытовых и промышленных электронных устройствах. Это связано с рядом преимуществ, которыми обладают ЛИА, а именно, высокой энергоёмкостью, устойчивостью к многократному циклированию (более 1000 циклов при потере ёмкости менее 20%), быстрым процессом заряда, отсутствием «эффекта памяти» и при этом они становятся всё легче и компактнее.
Требования к энергоёмкости и мощности ЛИА постоянно растут, что связано с появлением новых высокотехнологичных устройств на электротяге – электромобили, беспилотные летательные аппараты (БПЛА) и др. Стоит отметить, что в настоящее время именно ёмкость катода является лимитирующим фактором в процессе увеличения емкостей ЛИА. В связи с этим, поиск и усовершенствование катодных материалов для ЛИА стало одним из важных направлений неорганического материаловедения.
Катодные материалы, используемые в таких устройствах, обладают способностью к обратимой интеркаляции Li+ в структуру. При этом важно отметить, что емкостные характеристики связаны в первую очередь с удельным количеством (де)интеркалируемого лития и потенциалом его извлечения, а мощностные – с характером механизма процесса (де)интеркаляции и сопровождающих его структурных изменений в материале. Поэтому крайне важным является рассмотрение материала с точки зрения всех указанных факторов.
В настоящее время масштабно исследуются и совершенствуются основные структурные типы интеркаляционных катодных материалов, – слоистые оксиды, структуры типа NASICON, оливины, фторидофосфаты и шпинели. Разрабатываются новые подходы к синтезу и исследованию таких материалов, а также обсуждаются основные преимущества, недостатки и сферы текущего и возможного применения в практических устройствах.
Также уделяется большое внимание процессам, протекающим при (де)интеркаляции лития из структуры, видам возможных механизмов этих процессов и способам влияния на них синтетическими и другими методами. Рассматриваются различные пути улучшения емкостных и мощностных характеристик материалов, в том числе с помощью влияния на механизм (де)интеркаляционного процесса.
