Սկոլտեխը և ՌԳԱ Քիմիական ֆիզիկայի պրոբլեմների ինստիտուտը ներկայացրել են մի ակնարկ, որը կարող է փոխել մարտկոցների ապագան։ Հետազոտողները ցույց են տվել. եթե լիթիումը, նատրիումը կամ կալիումը «սեղմել» գրաֆենի կամ այլ ածխածնի շերտերի միջև, կարելի է ստանալ անոդներ, որոնք մի քանի անգամ գերազանցում են ժամանակակից գրաֆիտային անոդներին իրենց տարողությամբ, լիցքավորման արագությամբ և անվտանգությամբ։ Աշխատանքը հրապարակվել է ChemSystemsChem ամսագրում։

Ինչու՞ սովորական անոդներն այլևս չեն դիմանում

Լիթիում-իոնային մարտկոցներում գրաֆիտային անոդները գրաֆենային թերթիկների միջև տեղավորում են միայն մեկ շերտ լիթիում։ Սա սահմանափակում է տարողությունը և ստիպում դանդաղ լիցքավորել։ Բացի այդ, արագ լիցքավորման ժամանակ լիթիումը սկսում է նստել մակերեսին դենդրիտների տեսքով. ասեղնաձև կառույցներ, որոնք հանգեցնում են կարճ միացումների և հրդեհների։

2018 թվականին գերճշգրիտ էլեկտրոնային մանրադիտակն առաջին անգամ ցույց տվեց. լիթիումն ունակ է գրաֆենի ներսում ձևավորել միանգամից մի քանի խիտ շերտեր։ Այս հայտնագործությունը սկիզբ դրեց նոր ուղղության՝ ալկալիական մետաղների բազմաշերտ ներդրմանը։

Չորս շերտ լիթիում՝ երեք անգամ ավելի մեծ տարողություն

Հաշվարկները ցույց են տալիս. չորս շերտ լիթիումով գրաֆենն ապահովում է մինչև տարողություն, ինչը երեք անգամ ավելի բարձր է, քան լավագույն գրաֆիտային անոդներինը ()։ Նմանատիպ կառույցներն աշխատում են նաև նատրիումի և կալիումի հետ, ինչը ճանապարհ է բացում դեպի ավելի էժան և էկոլոգիապես մաքուր նատրիում-իոնային մարտկոցներ։

Փորձերն արդեն հաստատել են. նատրիում-իոնային մարտկոցների նախատիպերը պահպանում են տարողության -ը գերարագ լիցքավորման ցիկլից հետո։ Սա նշանակում է, որ հեռախոսը կամ էլեկտրամոբիլը կկարողանան լիցքավորվել առանց երկարակեցությանը վնասելու։

Անվտանգությունը՝ գլխավոր բոնուսը

Բազմաշերտ կառույցները ստիպում են մետաղին նստել ածխածնի ծավալի ներսում, այլ ոչ թե մակերեսին։ Դենդրիտները պարզապես չեն հասցնում աճել. կարճ միացման և հրդեհի վտանգը կտրուկ նվազում է։

«Մենք համակարգել ենք ապացույցներն այն մասին, որ բնությունը թույլ է տալիս մեզ իոնները ածխածնում փաթեթավորել շատ ավելի խիտ, քան հնարավոր էր համարվում»,— նշել է հետազոտության համահեղինակ Իլյա Չեպկասովը։

Լաբորատորիայից մինչև գործարան. Ի՞նչ է մնացել անել

Գիտնականներն արդեն յուրացրել են գրաֆիտի մոդիֆիկացիայի մեթոդները (օրինակ՝ մոլեկուլային թունելավորում ամոնիակով) և կենսազանգվածից պինդ ածխածնի սինթեզը։ Մնում է սովորել մասշտաբայնացնել գործընթացը, հետևել ռեակցիաներին աշխատող մարտկոցում և նվազեցնել արժեքը։

«Հաջորդ փուլը ինժեներական և տեխնոլոգիական է։ Մենք պետք է սովորենք ստեղծել այդ նյութերը ոչ միայն լաբորատորիայում, այլև արդյունաբերական մասշտաբներով»,— պարզաբանել է պրոֆեսոր Ալեքսանդր Կվաշնինը։

Կարճ ասած

Ռուս գիտնականներն ապացուցել են. լիթիումի, նատրիումի և կալիումի բազմաշերտ ներդրումն ածխածնային մատրիցներում տալիս է անոդներ, որոնք երեք անգամ ավելի տարողունակ են, քան գրաֆիտայինները, թույլ է տալիս լիցքավորել րոպեներում և գրեթե ամբողջությամբ բացառում է դենդրիտների առաջացումը։ Սա կարող է հանգեցնել սմարթֆոնների, էլեկտրամոբիլների և էներգահամակարգերի համար էժան, անվտանգ և արագ լիցքավորվող մարտկոցների ստեղծմանը։ Ճանապարհը լաբորատորիայից դեպի գործարան արդեն ուրվագծված է. մնում է մասշտաբայնացնել տեխնոլոգիան։