Ученые из Института неорганической химии им. А. В. Николаева Сибирского отделения (СО) РАН синтезировали гибридный материал из дисульфида молибдена и графена, который можно будет использовать в качестве анода натрий-ионных аккумуляторов. Эксперименты, проведенные с использованием синхротронного излучения, продемонстрировали, что новый материал обладает хорошей стабильностью (способностью сохранять свои свойства с течением времени) и высокой энергоемкостью.

Натрий — более дешевая альтернатива литию, поэтому в последние годы резко возрос интерес к созданию материалов натрий-ионных аккумуляторов, в том числе для анода — электрода отрицательного заряда, который является «антиподом» катода, т. е. положительно заряженным электродом. Ионы натрия во время заряда аккумулятора перемещаются от катода к аноду через электролит (проводник электрического тока), а во время разряда — от анода к катоду.

Ученые из Института неорганической химии СО РАН попытались создать такой материал из дисульфида молибдена, который используется в качестве смазки для двигателей, и графена — двумерного кристалла, состоящего из одиночного слоя атомов углерода, собранных в гексагональную решетку. Задача исследователей состояла в том, чтобы путем точных замен или удаления атомов химических элементов в синтезируемом материале задавать ему такие характеристики (емкость, стабильность, длительность работы), которые позволят ионам натрия эффективно взаимодействовать с ним.

«Мы можем убрать атом серы или молибдена из материала, и у нас появятся пустые места, так называемые “вакансии”. В них мы помещаем атомы других химических элементов, например, азота, никеля, селена или кобальта. Любые наши действия будут изменять реакционную активность и электропроводность материала, влияя на его функциональные характеристики», — цитирует Российский научный фонд кандидат физико-математических наук Анастасию Федоренко.

Емкость аморфных углеродных материалов, используемых в качестве анода литий-ионных аккумуляторов, обычно не превышает 300 миллиампер-часов на грамм (мАч/г), при этом такие материалы теряют порядка 20 % своей емкости после 1000 циклов работы аккумулятора. Как показали эксперименты, энергоемкость нового материала составляет 320 мАч/г, при этом его свойства сохраняются на протяжении 1200 циклов заряда и разряда аккумулятора. Поэтому новый материал, с высокой вероятностью, найдет коммерческое применение.