В рамках международного сотрудничества, в котором участвуют уральские физики, а также эксперты из Китая, Люксембурга и Франции, был найден способ значительно повысить ёмкость и скорость зарядки литий-ионных батарей, при этом снизив их стоимость и размер. Для создания высокоэффективного катода, который отвечает за накопление энергии и определяет мощность и цену батареи, исследователи предложили использовать тонкоплёночный пентоксид ванадия с добавлением никеля. Подробности этого важного открытия можно узнать на сайте Между Строк.

Пентоксид ванадия оказался перспективным материалом для катодов литий-ионных батарей благодаря своей простоте в производстве, высокому рабочему напряжению, низкой стоимости и, самое главное, высокой ёмкости. По словам заведующего лабораторией фотовольтаических материалов Уральского федерального университета Ивана Жидкова, ёмкость этого материала может достигать 294 мАч/г, а по некоторым оценкам даже 596 мАч/г. Для сравнения, ёмкость современных смартфонов составляет 140-160 мАч/г, а у передовых коммерческих электрокаров — 160-200 мАч/г. В мировой научной практике активно ищут материалы с ёмкостью 250-300 мАч/г для создания батарей будущего, которые обеспечат большой запас энергии, быструю зарядку и длительный срок службы.

Однако, несмотря на свои достоинства, пентоксид ванадия имеет и серьёзные недостатки, которые в настоящее время ограничивают его применение. К числу этих проблем относится низкая электронная проводимость и склонность к деградации. Иван Жидков отметил, что «он плохо проводит ток, что отрицательно сказывается на таких характеристиках, как скорость заряда и разряда батареи, её нагрев, что в конечном итоге ускоряет деградацию».

Для решения этих проблем исследователи внедрили атомы никеля в структуру пентоксида ванадия с помощью метода ионной имплантации. Это решение позволило улучшить электропроводность нового материала примерно в три раза по сравнению с исходным пентоксидом ванадия, при этом не разрушив его структуру. «Другие характеристики — функциональность и стабильность — нам еще предстоит проверить на готовом изделии», — добавил учёный.

Следующим этапом работы станет тестирование свойств полученного материала на образцах, а также продолжение усилий по повышению электропроводности до уровня современных промышленных аналогов, созданных из других материалов. По оценкам экспертов, к 2026 году мировой объём рынка литий-ионных батарей достигнет примерно 136 миллиардов долларов, и основным двигателем этого роста станут электромобили.