КАЗАНЬ, 24 декабря. /ТАСС/. Физики Казанского федерального университета (КФУ) предложили модель и изучили свойства нового материала, использование которого может стать следующим шагом в совершенствовании современных металл-ионных аккумуляторов. Он более долговечен, безопасен и перспективен для энергетической отрасли, сообщили ТАСС в пресс-службе Минобрнауки РФ.
Речь идет о ковалентном триазиновом каркасе, допированном атомами кремния и фтора.
«Ковалентные триазиновые каркасы считаются перспективной основой для электродов литий-ионных аккумуляторов из-за их большой пористости, хорошей химической и термической стабильности, однако их низкая электрическая проводимость приводит к плохим электрохимическим характеристикам, поэтому ведется поиск более совершенных соединений. Предложенный учеными Казанского университета материал интересен в использовании в качестве анодного электрода в современных перезаряжаемых литий-ионных батареях», — рассказали в пресс-службе.
По словам ведущего научного сотрудника НИЛ «Компьютерный дизайн новых материалов и машинное обучение» Института физики КФУ Садегха Кавиани, ковалентные триазиновые каркасы имеют ряд преимуществ: их молекулярные структуры можно легко модифицировать — они легкие, гибкие и экологически чистые, также они потенциально дешевые.
Как отметила другой ведущий научный сотрудник НИЛ Ирина Гумарова, использование новых органических триазиновых каркасов может стать следующим шагом в совершенствовании современных металл-ионных аккумуляторов для повышения их эффективности, долговечности и безопасности.
«Для изучения данного материала мы воспользовались одним из наиболее широко используемых и универсальных методов — методом функционала плотности. Нами проанализированы механическая и термодинамическая стабильность структуры и исследованы различные энергетические характеристики соединения, такие как прочность, теоретическая емкость, энергия адсорбции, уровень диффундирования», — приводит пресс-служба слова ученого.
Характеристики.
Результаты изучения ковалентного триазинового каркаса, допированного атомами кремния и фтора, показывают, что при механическом и термическом воздействии соединение способно обеспечить высокие емкостные характеристики и стабильную работу при зарядке-разрядке литий-ионных аккумуляторов. Кроме того, материал демонстрирует высокую теоретическую емкость — 462 мАч/г. При этом емкость графена, используемого в настоящее время, составляет лишь 372 мАч/г. Ученые также рассчитали, что в соединении преобладают ковалентные связи, которые отличаются самыми прочными структурными связями.
«Данный монослой хорошо взаимодействует с ионами лития, что обеспечивает надежность работы батареи, а ионы лития имеют низкие диффузионные барьеры на поверхности монослоя, что позволяет достигать больших скоростей в процессе зарядки и разрядки батареи», — рассказала аспирантка Института физики КФУ Айгуль Шамсиева.
Исследование проводилось при поддержке Минобрнауки РФ в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».