Учёные Сколтеха (входит в группу ВЭБ.РФ) совместно со стартапом «Рустор», созданным на базе института, получили патент № 2868315 на соединение-предшественник катодного активного материала для литий-ионных аккумуляторов и способ его получения. Технология предназначена для производства аккумуляторов, используемых в портативных устройствах, электротранспорте и беспилотных летательных аппаратах.

Существующие методы получения катодных материалов включают две стадии: синтез промежуточного соединения (прекурсора) и его последующее высокотемпературное превращение в готовый материал. Традиционные технологии требуют поддержания повышенной температуры растворов на этапе осаждения и последующего обжига при 950–1000°C. Эти процессы требуют много энергии и сопровождаются образованием жидких щелочных отходов, требующих дополнительной нейтрализации.

Новый патент предлагает альтернативный способ, при котором синтез прекурсора проводится при пониженной температуре и нейтральном pH. Получаемое соединение представляет собой гидрат основного карбоната кобальта(II) с ромбической кристаллической структурой и состоит из округлых агломератов первичных частиц размером не более 100 нм.

Использование наноразмерных первичных частиц сокращает путь диффузии ионов лития, что позволяет снизить температуру финального обжига до 800–890°C против традиционных 950–1000°C. Ведение процесса при pH, близком к нейтральному, исключает образование сильнощелочных маточных растворов. Полученный порошок характеризуется повышенной плотностью утряски по сравнению с материалами, синтезированными известными способами.

«Мы предложили иной подход к синтезу прекурсора для катодных материалов. Вместо того чтобы работать в жёстких условиях — при высоких температурах и в агрессивных средах, — мы разработали процесс, который проходит в мягких, щадящих условиях. Кроме того, мы решили проблему отходов: при нашей технологии не образуются сильнощелочные маточные растворы, которые нужно нейтрализовывать и утилизировать. Эту технологию можно масштабировать и внедрять на реальных производственных площадках. У нас уже есть опытно-промышленная установка, на которой мы отрабатываем все режимы, и мы готовы предложить индустрии готовый технологический пакет», — поделилась Эльвира Стюф, младший научный сотрудник Центра энергетических технологий Сколтеха.

«Тип морфологии, описанный в патенте, даёт сразу несколько преимуществ: короткий путь диффузии для ионов лития, высокую плотность упаковки порошка и возможность проводить финальный обжиг при более низкой температуре. Дополнительный важный результат найденного технологического решения — это способность катодного материала устойчиво работать при высоких напряжениях заряда и больших разрядных токах, т.е. кобальтит лития, приготовленный по нашему патенту, демонстрирует более высокую ёмкость, мощность и циклический ресурс по сравнению с материалом предыдущего поколения. Для беспилотных летательных аппаратов это особенно актуально, потому что им нужны аккумуляторы, которые одновременно и много энергии хранят, и могут отдавать её мощным потоком — например, при взлёте или при манёврах. Получение патента — важный этап, который подтверждает новизну и промышленную применимость нашей разработки и открывает дорогу к её внедрению в реальное производство», — добавил заслуженный профессор и директор Центра энергетических технологий Сколтеха Артём Абакумов.