Электроды нового поколения для литий- и натрий-ионных аккумуляторов: гибридные наноматериалы на основе углерода и оксидов и сульфидов р- и d- элементов

Разработка новых эффективных электродных материалов для литий- и натрий-ионных аккумуляторов - актуальная задача современной химии материалов, решение которой во многом определяет перспективы развития производства портативных электронных устройств, медицинской и другой высокотехнологичной техники, электротранспорта. Современный рынок диктует новые требования к источникам питания, в частности, в настоящее время весьма востребованы аккумуляторы нового поколения с улучшенными электрохимическими характеристиками, которые бы обеспечивали высокую удельную энергию, длительный срок эксплуатации и возможность питания устройств высокой мощности. С другой стороны, постоянное увеличение темпов роста производства наиболее широко используемых литий-ионных аккумуляторов приводит к удорожанию литиевого сырья и создает проблему их утилизации. Вместе с тем, стоимость аккумуляторов ограничивается высокой конкуренцией и постоянно растущим предложением на рынке портативной техники. Это объясняет актуальность разработки новых технологий, которые бы позволяли создавать источники тока с улучшенными электрохимическими характеристиками, но при этом недорогие и экологически безопасные в производстве и утилизации. Возможность создания таких технологий в значительной мере определяется решением научных проблем химии материалов, среди которых особенно актуальна проблема разработки новых электродных материалов для литий- и натрий-ионных аккумуляторов. Научная новизна поставленной задачи заключается, в первую очередь, в оригинальных подходах и методах, которые предлагается использовать для получения гибридных электродных материалов нового поколения. Разработанный нами ранее "пероксидный" метод, подразумевающий применение в качестве исходных систем пероксосоединений олова и сурьмы, впервые предлагается распространить на системы d-элементов, в том числе, соединения титана, ванадия, молибдена, железа, вольфрама. Это позволит получить широкий спектр новых гибридных наноматериалов, в которых на углеродных частицах различной природы сформированы тонкие неорганические пленки (толщиной 1-10 нм) на основе оксидов или сульфидов соответствующих элементов. Оригинальность такого подхода гарантирует получение принципиально новых композиционных материалов различной морфологии и состава, в которых наноразмерное неорганическое покрытие различного состава и морфологии будет сформировано на поверхности углеродных материалов, отличающихся по своим свойствам (углеродные нанотрубки, восстановленный оксид графена, технический углерод). Сочетание неорганической и углеродной компонент в составе полученных гибридных материалов позволит улучшить адаптируемость к изменению объема неорганических частиц электродного материала, взаимодействующих в ходе циклов заряда/разряда с литием или натрием, а также увеличить электронную проводимость и площадь поверхности материала. За счет этого предполагается значительно повысить стабильность электродного материала в ходе работы аккумулятора и улучшить его скоростные характеристики. При этом, наличие в гибридном материале неорганической компоненты будет обеспечивать высокие значения удельной электрохимической емкости анода в литий- или натрий-ионном аккумуляторе.