Уральские физики в составе международной группы учёных, куда вошли также специалисты из Китая, Люксембурга и Франции, нашли способ значительно увеличить ёмкость и скорость зарядки литий-ионных батарей, снизив их стоимость и размер. Для создания высокоэффективного катода (элемента батареи, который накапливает энергию, определяет мощность и стоимость) они предложили использовать тонкопленочный пентоксид ванадия с никелем.
«Пентоксид ванадия — перспективный материал для катодов литий-ионных батарей: его относительно просто создавать, у него высокое рабочее напряжение, низкая стоимость и главное — высокая ёмкость, которая может достигать 294 мАч/г, а по некоторым оценкам и 596 мАч/г, то есть столько энергии может запасти один грамм вещества. Для сравнения: ёмкость батарей современных смартфонов составляет 140–160 мАч/г, передовых коммерческих электрокаров — 160-200 мАч/г. А материалы ёмкостью 250–300 мАч/г пытаются сегодня получить в мировых лабораториях для создания батарей будущего — с большим запасом энергии, быстрой зарядкой и продолжительным сроком службы», — рассказывает заведующий лабораторией фотовольтаических материалов Уральского федерального университета Иван Жидков.
Он отметил при этом, что у пентоксида ванадия есть серьёзные недостатки, которые пока ограничивают его практическое применение, — низкая электронная проводимость и деградация.
«Проблема в том, что он плохо проводит ток, что влияет на многие характеристики: скорость заряда и разряда батареи, ее нагрев, в конечном счете ускоряет деградацию. Для решения этой задачи мы внедрили атомы никеля в структуру материала методом ионной имплантации. В итоге нам удалось не разрушить материал и улучшить электропроводность примерно в три раза по сравнению с исходным пентоксидом ванадия. Оговорюсь, что другие характеристики — функциональность и стабильность — нам еще предстоит проверить на готовом изделии», — делится учёный.
По его словам, следующий шаг в проекте — проверить свойства полученного материала на образцах и продолжить работу над повышением электропроводности до уровня современных промышленных аналогов из других материалов.
В 2026 году мировой объём рынка литий-ионных батарей достигнет примерно 136 млрд долларов. Основным драйвером роста являются электромобили.
