Ученые Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта и Петербургского института ядерной физики выяснили, как измельчение и нагрев аморфного углерода меняют его внутреннюю структуру. Такой материал рассматривается как альтернатива графиту для отрицательных электродов литий-ионных аккумуляторов.
Графит широко используют в анодах благодаря упорядоченной слоистой структуре, которая обеспечивает стабильную работу электрода. Аморфный углерод устроен иначе: в нем больше дефектов и пустот, что потенциально позволяет накапливать больше заряда. При этом чрезмерная неупорядоченность может снижать стабильность материала и его способность эффективно возвращать накопленный заряд.
Исследователи сравнили три образца: исходный аморфный углерод, измельченный материал и образец, который после измельчения дополнительно нагревали до 800 °C. Структуру образцов изучали с помощью ядерного магнитного резонанса.
После измельчения углерод стал более рыхлым и пористым. Из-за увеличения площади поверхности он активнее взаимодействовал с окружающей средой и частично окислился. Исследователи также смогли оценить размеры образовавшихся пор.
После нагрева измельченного материала до 800 °C произошли более заметные структурные изменения. В углероде начали формироваться упорядоченные области, напоминающие графит.
Такое частичное упорядочивание может объединить некоторые преимущества двух типов углерода. Пористая и неупорядоченная структура способна обеспечивать высокую емкость, тогда как более упорядоченные графитоподобные области могут повысить стабильность материала и эффективность отдачи заряда.
«Наше исследование показало, что, контролируя степень измельчения и температуру нагрева аморфного углерода, можно формировать его структуру и целенаправленно создавать материал с нужными свойствами. Например, таким образом можно будет улучшить проводимость и стабильность анодов, что позволит создавать аккумуляторы с большей емкостью и более длительным сроком службы».
Галина Куприянова, доктор физико-математических наук, профессор ОНК «Институт высоких технологий», руководитель лаборатории магнитно-резонансных методов исследования вещества БФУ имени Иммануила Канта
В дальнейшем исследователи планируют изучить, как сформированные упорядоченные области влияют на перенос ионов внутри аккумулятора.
Источник: Минобрнауки России
Читайте также:
Российские физики предложили квантовый механизм передачи информации в клетке
Мощный лазер впервые сфотографировал объекты сквозь два метра бетона
На Байкале предложили связать наземные и подводные детекторы для изучения космических частиц