Полученные результаты опубликованы в престижном журнале Nature Communications. Сегодня бурное развитие электрического транспорта и возобновляемой энергетики требует разработки коммерчески доступных, безопасных и недорогих накопителей энергии на основе металл-ионных аккумуляторов. Основным недостатком существующей литий-ионной технологии считается высокая цена, а также прогнозы по возможному скорому исчерпанию мировых запасов литий- и кобальтсодержащего сырья, используемого для изготовления материала катода – ключевого элемента аккумулятора, определяющего его основные функциональные и энергетические характеристики.
В поисках альтернативной технологии много усилий было приложено к созданию аккумуляторов, которые построены с использованием более доступных и менее дорогих элементов, например, калия вместо лития. При этом кобальт в составе катода может быть заменен на более распространенные и экологичные железо, марганец и даже титан.
Титан – один из наиболее часто встречающихся элементов в земной коре (по частоте встречаемости он занимает десятое место) — добывается во всем мире, при этом основные титансодержащие реагенты легко доступны, устойчивы и не токсичны. Но, несмотря на эти преимущества, основной проблемой для применения соединений титана в качестве катодных материалов долгое время оставался низкий электрохимический потенциал, ограничивающий практически достижимую удельную энергию аккумулятора.
Ученым из Сколтеха удалось создать перспективный, коммерчески привлекательный катодный материал на основе фторидофосфата титана (KTiPO4F), который имеет высокий электрохимический потенциал и отличается беспрецедентной стабильностью работы при высоких скоростях заряда и разряда.
Профессор Станислав Федотов: «Это исключительный результат, буквально сдвигающий устоявшуюся парадигму в «аккумуляторном сообществе», согласно которой материалы на основе титана рассматривались исключительно как анодные из-за его низкого потенциала. Мы считаем, что открытие KTiPO4F может стать стимулом к поиску и разработке новых титансодержащих катодных материалов с уникальными электрохимическими характеристиками».
Профессор Артем Абакумов, директор Центра энергетических наук и технологий Сколтеха также прокомментировал открытие: «С точки зрения неорганической химии и химии твердого тела получен прекрасный пример, который в очередной раз демонстрирует, что на практике не нужно слепо руководствоваться общепринятыми догмами, а стоит смотреть на вещи широко открытыми глазами.
Ведь при правильно подобранном химическом составе, кристаллической структуре и способе синтеза невозможное становится возможным, и могут быть обнаружены новые материалы с неожиданными свойствами и новыми возможностями практического применения, что и было блестяще продемонстрировано профессором Федотовым и его командой».