Химики исследовали новое соединение для литий- и натрий-ионных аккумуляторов

Перспективный материал учеными впервые был получен методом закалки

Катодные материалы на основе фторфосфатов натрия и d-металлов очень востребованы при производстве металл-ионных аккумуляторов, потому что обладают богатым химическим составом, который позволяет регулировать их электрохимические свойства. Научный коллектив, в который, помимо ученых Международного научно-исследовательского центра по теоретическому материаловедению (МНИЦТМ) Самарского политеха, вошли сотрудники Института химии твердого тела и механохимии СО РАН, Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН и Физического института им. Лебедева РАН, нашли оригинальный способ получения моноклинного NaVPO₄F – методом закалки. Результаты исследований опубликованы в журнале Physical Chemistry Chemical Physics.

Ученые детально исследовали структуру NaVPO₄F методами рентгенофазного анализа, ИК-спектроскопии и ядерного магнитного резонанса. Провели сравнительный анализ NaVPO₄F (с моноклинной структурой) и LiVPO₄F (с триклинной структурой). Теоретическими методами было показано, что соединение NaVPO₄F обладает низкой подвижностью атомов натрия, а потому его применение в качестве активного материала катода нецелесообразно. Также было показано, что для соединения LiVPO₄F триклинная модификация энергетически выгоднее, чем моноклинная, что вкупе с низкой подвижностью ионов натрия в NaVPO₄F делает получение моноклинного LiVPO₄F путем электрохимического обмена маловероятным.

Работа сотрудников Самарского политеха в данной области была поддержана грантом РНФ 19-73-10026. Кстати, статья научного коллектива Crystal structure and migration paths of alkaline ions in NaVPO₄F вошла в список самых актуальных статей 2020 года по версии редакторов журнала Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP).

– Область электрохимических систем хранения энергии (наиболее известным примером являются литий-ионные аккумуляторы) чрезвычайно актуальна в современной науке, – поясняет старший научный сотрудник МНИЦТМ Политеха Артем Кабанов. – Это обусловлено продолжающимся переходом современного общества от ископаемого топлива к возобновляемым источникам энергии и широким распространением мобильных / автономных устройств. Важен поиск новых материалов для таких систем.

По словам молодого ученого, совместная работа с коллегами из Новосибирска как раз посвящена изучению нового соединения NaVPO4F, которое потенциально может служить положительным электродом. «Мы синтезировали соединение NaVPO4F и показали, что оно обладает низкой подвижностью ионов натрия и бесполезен в качестве активного материала для катодов батарей. Полианионные соединения сейчас очень популярны в этой области, и я считаю, что это причина того, почему наша статья была включена в «горячий список» журнала PCCP», – отмечает Артем Кабанов.

Его сотрудничество с группой доктора Нины Косовой из Новосибирска продолжается, совсем недавно химики опубликовали вторую совместную статью в журнале Electrochimica Acta.