Ученые Самарского политеха обнаружили новый класс материалов для аккумуляторов

Команда кафедры «Общая и неорганическая химия» Самарского политеха под руководством доцента Елизаветы Морховой спрогнозировала новые перспективные натрий-проводящие материалы. Они смогут стать важным компонентом натрий-ионных аккумуляторов, которые являются перспективной альтернативой литий-ионным аккумуляторам. Результаты исследования опубликованы в журнале ChemPhysChem (https://doi.org/10.1002/cphc.202400067).

– В настоящее время наиболее популярные металл-ионные аккумуляторы – литий-ионные. Однако производители сталкиваются с рядом проблем, связанных с истощением литиевых ресурсов и, как следствие, высокой стоимостью устройства  в целом, – поясняет Елизавета Морхова. – Возможной заменой литий-ионных аккумуляторов считаются натрий-ионные. Они более дешевые в изготовлении, обладают высокой плотностью хранения энергии, удельной мощностью, длительным сроком службы, безопасностью в применении и подходят для крупномасштабных систем хранения энергии.

Главная сложность в создании натрий-ионных аккумуляторов – подбор подходящих проводящих материалов. Коллектив политеховских ученых сконцентрировался на группе натрий-содержащих сложных халькогенидов. В соединениях этого класса ожидается большая ионная проводимость по сравнению с оксидными аналогами. Так, среди 600 возможных представителей данного класса соединений обнаружено 6 наилучших проводящих материалов. В частности, интерес представляет структура NaCu2NbS4.

Поиск осуществлялся с помощью высокопроизводительного компьютерного скрининга. Его уникальность – в поэтапном использовании различных теоретических методов с постепенным увеличением требований к характеристикам натрий-проводящих материалов. Такая методика позволяет значительно сократить временные и финансовые ресурсы на экспериментальные исследования, поскольку предварительные теоретические расчёты позволяют отобрать наиболее перспективные материалы для дальнейшей экспериментальной апробации.

Еще одним перспективным классом материалов в качестве электродных материалов считаются полианионные соединения, поскольку обладают более высокими окислительно-восстановительными потенциалами, а также стабильностью. В настоящий момент команда Елизаветы Морховой синтезирует эти материалы для дальнейшей экспериментальной верификации теоретических результатов. Промежуточные теоретические результаты опубликованы в журнале Journal of Solid State Electrochemistry (https://doi.org/10.1007/s10008-024-05965-9).