Ученые Казанского федерального университета (КФУ) разработали и исследовали свойства нового материала, который может стать основой для совершенствования металл-ионных аккумуляторов. Этот инновационный материал обещает повысить долговечность, безопасность и эффективность батарей, что делает его перспективным для использования в энергетической отрасли. Об этом сообщила пресс-служба Минобрнауки РФ для ТАСС.
Речь идет о ковалентном триазиновом каркасе, модифицированном с помощью атомов кремния и фтора. Такие структуры давно рассматриваются как перспективные для использования в электродах литий-ионных аккумуляторов благодаря их пористости, химической и термической стабильности. Однако до сих пор их низкая электрическая проводимость ограничивала практическое применение. Новый материал, предложенный казанскими физиками, может преодолеть эти барьеры и стать основой для создания более надежных анодов в современных перезаряжаемых батареях.
Ведущий научный сотрудник НИЛ «Компьютерный дизайн новых материалов и машинное обучение» Института физики КФУ Садегх Кавиани отметил, что главные преимущества триазиновых каркасов заключаются в их легкости, гибкости, экологической чистоте и возможности легкой модификации молекулярной структуры. Эти качества делают их не только технологически перспективными, но и потенциально экономически выгодными. По словам ученого, такие материалы могут быть дешевле существующих аналогов.
Другой ведущий сотрудник лаборатории Ирина Гумарова подчеркнула, что использование подобных органических структур станет следующим этапом в развитии металл-ионных аккумуляторов. Их применение может значительно улучшить эффективность, долговечность и безопасность батарей, что особенно важно для современных высокотехнологичных устройств.
Для исследования свойств нового материала ученые КФУ использовали метод функционала плотности, который является одним из самых универсальных методов изучения твердых тел. В рамках работы были проанализированы механическая и термодинамическая стабильность структуры, теоретическая емкость, энергия адсорбции и уровень диффузии. Результаты показали, что материал обладает высокой емкостью — 462 мАч/г, что значительно превышает показатели графена, который широко применяется в современных аккумуляторах (372 мАч/г).
Как пояснила аспирантка Института физики КФУ Айгуль Шамсиева, ковалентные связи, преобладающие в структуре каркаса, обеспечивают прочность соединения, а низкие диффузионные барьеры для ионов лития позволяют достигать высоких скоростей зарядки и разрядки батареи. Это делает материал идеальным кандидатом для использования в новых поколениях аккумуляторов.
