Ученые Института физики Казанского федерального университета (КФУ) построили модель и изучили свойства нового материала — органического триазинового каркаса, допированного атомами кремния и фтора. Его использование может стать следующим шагом в совершенствовании современных металл-ионных аккумуляторов и развитии энергетической промышленности в целом — от электромобилей до сетей электроснабжения.
Современная электроника работает на высокомощных металл-ионных аккумуляторах, в основном литиевых. При небольших размерах они обладают высокой энергоплотностью и напряжением, длительным сроком службы и низкой скоростью саморазряда. Предложенный учеными КФУ состав интересен в качестве материала для анодного электрода в современных перезаряжаемых литий-ионных батареях.
«Ковалентные триазиновые каркасы имеют ряд преимуществ. Их молекулярные структуры можно легко модифицировать — они легкие, гибкие и экологически чистые, также они потенциально дешевые», — отметил один из авторов разработки, научный сотрудник лаборатории «Компьютерный дизайн новых материалов и машинное обучение» Института физики КФУ Садегх Кавиани.
Для изучения нового материала исследователи воспользовались универсальным методом функционала плотности. Они проанализировали механическую и термодинамическую стабильность структуры, определили энергетические характеристики соединения, такие как прочность, теоретическая емкость, энергия адсорбции, уровень диффундирования.
Результаты показали, что ковалентный триазиновый каркас, допированный атомами кремния и фтора, способен обеспечивать высокие емкостные характеристики и стабильную работу при зарядке-разрядке литий-ионных аккумуляторов. Кроме того, материал демонстрирует высокую теоретическую емкость — 462 мАч/г. Для сравнения, емкость графена, используемого в настоящее время, составляет лишь 372 мАч/г. Ученые также рассчитали, что в новом соединении преобладают ковалентные связи, которые отличаются самыми прочными структурными связями.
Исследование поддержано Минобрнауки России в рамках программы «Приоритет-2030».
Фото: © Минобрнауки России
Источник: Минобрнауки России
