Сегодня - 21.04.2021

Новосибирские химики создали полностью твердотельное электрохимическое устройство

25 февраля 2021
 
Ученые из Института химии твердого тела и механохимии СО РАН в коллаборации со специалистами из Института неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН получили композиционный твердый электролит с высокой проводимостью. Он не подвержен деградации под воздействием тока и остается стабильным при температуре до 200 °С.
 
Металлорганические каркасные структуры (МОК) — довольно необычный и перспективный материал. Благодаря своим необычным структурным свойствам — микропористые структуры с высокой идентичностью пор, размер которых составляет до единиц нанометров — один грамм такого композита может обладать площадью поверхности до 3—5 тысяч кв. м. и использоваться как адсорбенты, газоселективные мембраны.
 
«Это высокопористая структура. Мы поместили в его поры литиевую соль (перхлорат лития) и исследовали свойства полученного композита. Была идея получить композиционный твердый электролит, обладающий высокой проводимостью по ионам лития. Она сопоставима с проводимостью жидких электролитов, которые обычно используются в литиевых источниках тока. Материал перспективен для литиевой электрохимической энергетики, для создания твердотельных электрохимических устройств на базе полностью твердотельных аккумуляторов (all-solid-state batteries)», — объясняет старший научный сотрудник лаборатории неравновесных твердофазных систем ИХТТМ СО РАН кандидат химических наук Артём Сергеевич Улихин.
 
Композиционный твёрдый электролит
   Композиционный твердый электролит
 
Композиционные твердотельные электролитные системы имеют ряд преимуществ перед жидкими. Во-первых, они позволяют изменять механические и транспортные свойства путем варьирования микроструктуры и концентрации инертного наполнителя. Во-вторых, такие системы устойчивы к высоким температурам (выдерживают длительный нагрев до 150 °С и кратковременный нагрев до 200—250 °С, сохраняя при этом свои свойства). «Всё зависит как от матрицы, так и ионной соли. Конкретно наш электролит остается стабильным при температурах до 150 °С и способен выдерживать тепловые удары до 200 °С», — отмечает ученый.
 
В литературе на сегодняшний день описано много твердотельных источников тока, но чаще всего для них используются керамические материалы, в них достаточно сложно создать развитую поверхность между электродом и электролитом. Это приводит к тому, что контакт между электродом и электролитом не очень хороший. Помимо этого, необходимо, чтобы электролит был очень тонким (доли микрон) для снижения внутреннего сопротивления конечного устройства. «Необходимо обеспечить хороший контакт между электролитом и электродом. Керамика очень прочная, но, к сожалению, с ней это трудно реализуемо. Наш материал изначально представляет собой порошок, который в дальнейшем можно формовать в каком угодно виде, в том числе создавать градиентный переход между электродом и электролитом. В общем, он позволяет создать хорошую границу контакта, что позволяет повысить энергоэффективность конечного твердотельного электрохимического устройства», — рассказывает Артём Улихин.
 
По словам исследователя, производство материала в лабораторных масштабах такое же недорогостоящее, как и для жидких электролитов. Но плюс еще и в том, что для их получения не требуется высоких температур (для керамики необходимо до 1 000 °С, чтобы получить однофазный, плотный и тонкий материал, там есть ряд больших трудностей и проблем). С созданным в ИХТТМ СО РАН материалом таких сложностей нет. 
 
За синтезирование материала отвечает лаборатория металлорганических координационных полимеров, которой заведует член-корреспондент РАН Владимир Петрович Федин.
 
«Наука в Сибири»
 
Фото предоставлено Артёмом Улихиным
 
Поделись с друзьями: 

Система Orphus