Ученые из Университета Донгук в Сеуле представили новый анодный материал для литий-ионных аккумуляторов, который сочетает проводимость оксида графена с энергоемкостью соединений никеля и железа. Такая синергия компонентов позволила добиться удельной емкости 1687,6 мА·ч/г при плотности тока 100 мА/г после 580 циклов — результат, значительно превосходящий традиционные материалы. Разработка может привести к созданию более долговечных и быстро заряжающихся аккумуляторов в течение 5–10 лет.
Идея ученых заключается в разработке новых, более эффективных способов хранения энергии с помощью материалов на наноуровне. Они создали композит, где оптимальное взаимодействие компонентов обеспечивает синергетический эффект, многократно улучшая характеристики. Исследователи подчеркивают, что именно такие решения лежат в основе будущего технологий хранения энергии. Новый материал — это иерархическая структура, объединяющая восстановленный оксид графена (rGO) и слоистые двойные гидроксиды никеля-железа (NiFe-LDH). rGO выступает как проводник для быстрого движения электронов, а NiFe-LDH обеспечивает быстрое накопление энергии за счет особого псевдоемкостного механизма (то есть с использованием химических реакций).
Для создания композита исследователи использовали «технику послойной самосборки». Они покрыли полистирольные сферы прекурсорами оксида графена и гидроксидов никеля-железа. Затем шаблоны удалялись, оставляя сферическую полую архитектуру. После материал нагревали, в результате чего происходило два ключевых процесса: преобразование никель-железистых гидроксидов в нанокристаллический оксид никеля-железа (NiFe₂O₄) и аморфный оксид никеля (a-NiO), параллельно с восстановлением оксида графена до проводящей формы (rGO).
Исследователи проанализировали композит с помощью рентгеновской дифракции и просвечивающей электронной микроскопии. Электрохимические тесты подтвердили, что он может использоваться в качестве анода литий-ионных батарей. В ходе испытаний анод продемонстрировал удельную емкость 1687,6 мА·ч/г при плотности тока 100 мА/г после 580 циклов, что превосходит показатели традиционных материалов.
Для внедрения нового материала в повседневную жизнь потребуются дополнительные испытания. Тем не менее разработка может привести к появлению в течение 5-10 лет аккумуляторов нового поколения — более легких, долговечных и способных к сверхбыстрой зарядке.
