Саратовские ученые создали графеновую пленку для революционных аккумуляторов

Исследователи из Саратовского государственного университета разработали инновационный подход, который обещает улучшить характеристики аккумуляторов, сделав их быстрее, долговечнее и безопаснее. Они представили модель двухмерной пленки, созданной из графена и соединений лития на основе оксидов и фосфатов, как пишет "ТАСС".

Учёные Саратовского национального исследовательского государственного университета имени Н. Г. Чернышевского нашли способ, который может изменить принцип работы аккумуляторов. Созданная ими атомистическая модель трехслойной квази 2D-пленки на основе графена и оксидно-фосфатных соединений лития может стать основой для аккумуляторов нового поколения - более быстрых, долговечных и безопасных, - отметили в Минобрнауки.

Ученые изучили композит, получивший название LVP/графен/LTO, который представляет собой тонкий "энергетический сэндвич". Его конструкция включает верхний слой из фосфата ванадия-лития и нижний слой из титаната лития, а между ними находится прочный и хорошо проводящий графен. Эта трехслойная пленка обладает уникальными свойствами: она способна удерживать энергию в значительных объемах и быстро отдавать ее при нагрузке, сочетая достоинства литий-ионных батарей и суперконденсаторов.

Детальные данные были получены благодаря новому методу расчёта квантовой ёмкости, разработанному самими исследователями. Этот показатель играет ключевую роль для точного предсказания характеристик будущих материалов. Методика учитывает изменение квантовой емкости в зависимости от числа атомов лития в материале.

По словам доцента кафедры радиотехники и электродинамики вуза Владислава Шунаева, методика расчета квантовой емкости, не учитывающая изменение химического состава системы, известна давно. Но чтобы оценить пригодность нашего материала в качестве электрода не только для суперконденсатора, но и для литий-ионных аккумуляторов, необходимо оценивать квантовую емкость с учетом изменения состава. Такая новая оригинальная методика и была нами разработана, - процитировали Шунаева в Минобрнауки.

Применяя данную методику, удалось определить квантовую емкость исследуемого материала, демонстрирующую его способность накапливать электрический заряд. Полученные значения достигают 868 мАч/г и 750.24 мАч/г в различных условиях, что значительно превосходит показатели большинства распространенных электродных материалов.

Для лучшего понимания специалисты предлагают представить материал как "технологический бутерброд". В этой структуре верхний и нижний слои активно взаимодействуют с литием, а графен, расположенный посередине, выступает в роли тонкого, но очень прочного и токопроводящего элемента, который поддерживает всю конструкцию и ускоряет перемещение заряда. Такое сочетание обеспечивает материалу гибкость, высокую производительность и делает его потенциально пригодным для создания аккумуляторов, которые будут заряжаться быстрее и работать дольше существующих.

Эта композитная трехслойная пленка способна решить три проблемы, актуальные для мобильных телефонов, ноутбуков и электромобилей: скорость зарядки, долговечность и безопасность использования.

Более высокая емкость - это дольше работающее устройство, более быстрый обмен зарядом - это ускоренная зарядка, устойчивость материалов - это десятки тысяч циклов без разрушения. Дополнительным преимуществом может стать упрощение производства - использование более универсального электрода потенциально снижает стоимость и экологическую нагрузку, - уточнили в Минобрнауки.

В Минобрнауки добавили, что на данный момент эти достижения существуют в форме точного компьютерного моделирования, но уже заложен "фундамент для будущего прорыва".

Следующий шаг - синтезировать материал в лаборатории и проверить расчеты экспериментально. В 2026 году работа продолжится. Если прогнозы подтвердятся, новая архитектура электродов может изменить подход к созданию аккумуляторов - от персональной электроники до транспортных систем, - уточнили в Минобрнауки.