САРАТОВ, 18 декабря. /ТАСС/. Ученые Саратовского национального исследовательского государственного университета имени Н. Г. Чернышевского нашли способ, который поможет сделать аккумуляторы более быстрыми, долговечными и безопасными. Исследователи создали модель 2D-пленки на основе графена и оксидно-фосфатных соединений лития, сообщили ТАСС в Минобрнауки РФ.

"Ученые Саратовского национального исследовательского государственного университета имени Н. Г. Чернышевского нашли способ, который может изменить принцип работы аккумуляторов. Созданная ими атомистическая модель трехслойной квази 2D-пленки на основе графена и оксидно-фосфатных соединений лития может стать основой для аккумуляторов нового поколения - более быстрых, долговечных и безопасных", - отметили в ведомстве.

Исследователи изучили композит с архитектурой LVP/графен/LTO - тонкий "энергетический сэндвич", где сверху расположен фосфат ванадия-лития, снизу - титанат лития, а между ними лежит прочный проводящий слой графена. Эта трехслойная пленка продемонстрировала редкое сочетание свойств - она способна удерживать большое количество энергии и быстро отдавать ее внешней нагрузке, объединяя преимущества литий-ионных аккумуляторов и суперконденсаторов.

Получить такие комплексные данные позволила разработанная самими авторами новая методика расчета квантовой емкости - ключевого параметра для точного прогноза будущих характеристик. Она учитывает, как изменяется квантовая емкость по мере изменения числа атомов лития в структуре.

По словам доцента кафедры радиотехники и электродинамики вуза Владислава Шунаева, методика расчета квантовой емкости, не учитывающая изменение химического состава системы, известна давно. "Но чтобы оценить пригодность нашего материала в качестве электрода не только для суперконденсатора, но и для литий-ионных аккумуляторов, необходимо оценивать квантовую емкость с учетом изменения состава. Такая новая оригинальная методика и была нами разработана", - процитировали Шунаева в министерстве.

Благодаря этой методике удалось оценить квантовую емкость материала - показатель, определяющий, сколько заряда он способен накопить. Результаты оказались впечатляющими - до 868 мАч/г и 750.24 мАч/г в разных режимах работы. Это значительно превосходит характеристики многих традиционных электродных материалов.

Ученые поясняют, что для не специалистов проще всего представить этот материал как технологический бутерброд. Верхний и нижний слои взаимодействуют с литием, а графен в середине - тонкий, но необычайно прочный и проводящий лист, который удерживает всю конструкцию и ускоряет движение заряда. Такое сочетание делает структуру гибкой, эффективной и потенциально пригодной для аккумуляторов, которые могут заряжаться быстрее современных и служить гораздо дольше.

Композитная трехслойная пленка способна решить три главных проблемы в работе телефонов, ноутбуков и электромобилей - скорость зарядки, срок службы и безопасность. "Более высокая емкость - это дольше работающее устройство, более быстрый обмен зарядом - это ускоренная зарядка, устойчивость материалов - это десятки тысяч циклов без разрушения. Дополнительным преимуществом может стать упрощение производства - использование более универсального электрода потенциально снижает стоимость и экологическую нагрузку", - уточнили в Минобрнауки РФ.

В ведомстве добавили, что пока результаты существуют в виде точного компьютерного моделирования, но "фундамент для будущего прорыва уже заложен". "Следующий шаг - синтезировать материал в лаборатории и проверить расчеты экспериментально. В 2026 году работа продолжится. Если прогнозы подтвердятся, новая архитектура электродов может изменить подход к созданию аккумуляторов - от персональной электроники до транспортных систем", - уточнили в министерстве. 

РоссияСаратовская область