Современные металл-ионные аккумуляторы полагаются на графитовые аноды, имеющие существенные недостатки. Их ограниченная емкость сокращает время автономной работы гаджетов, а производство требует энергоемкого обжига при температурах до 3000°C.
Органические материалы: дешевле и эффективнее
«Ученые все чаще обращают внимание на органические анодные материалы, такие как полиароматические углеводороды (ПАУ), — объясняет Илья Чепкасов, старший научный сотрудник Сколтеха. — Они не только дешевле графита, но и обладают большей емкостью. В нашем исследовании мы изучили четыре ПАУ — нафталин, антрацен, тетрацен и пентацен — внедрив в их структуры атомы лития, натрия, кальция, магния, рубидия и калия, ключевых для аккумуляторов металлов».
Научный подход и точные расчеты
ПАУ образуются при низкотемпературном горении или разложении органики. Фокус работы — интеркаляция атомов щелочных и щелочноземельных металлов в кристаллы ПАУ. Для точного расчета энергии этого процесса использовалась теория функционала плотности с коррекцией ван-дер-ваальсовых взаимодействий.
Рекордные показатели емкости
«Наши расчеты показали, что емкость всех изученных ПАУ с металлами значительно превышает показатели графита! — делится оптимистичными результатами профессор Александр Квашнин, лауреат Научной премии Сбера 2024 года. — С литием, натрием, калием и рубидием емкость выше в 1,2-1,3 раза. А с магнием и кальцием рост впечатляет — до 2,3-2,6 раз!»
Яркие перспективы для энергетики будущего
Использование ПАУ сулит революцию: резкое увеличение энергоемкости батарей, снижение зависимости от дефицитного лития, минимизацию деформаций электродов и ускорение циклов заряда-разряда. Особенно многообещающи тетрацен и пентацен, открывающие путь к созданию эффективных и экономичных систем хранения энергии.
