Разработка эффективного метода синтеза феррита цинка стала возможной благодаря усилиям ученых с Дальнего Востока. Они также подтвердили его значительный потенциал в качестве катодного материала для твердотельных батарей, представляющих собой перспективное поколение источников питания. Эта технология может привести к созданию более доступных и безопасных альтернатив литиевым аккумуляторам, в том числе для использования в медицинских устройствах, требующих минимального вмешательства в организм. Исследование проводилось специалистами Сахалинского государственного университета в сотрудничестве с коллегами из ДВФУ и Кольского научного центра РАН, а его результаты были опубликованы в престижном международном научном издании Journal of Composites Science.
Для получения феррита цинка исследователи использовали золь-гель метод – технологию, широко применяемую и перспективную с точки зрения масштабирования производства. Полученный материал продемонстрировал электропроводность, превосходящую теоретические прогнозы, что делает его потенциально ценным компонентом катода твердотельных батарей.
«В ходе исследования мы сопоставляли разные подходы к получению феррита цинка и оптимизировали синтез катода, используя золь-гель технологию. Основная цель работы – разработка материалов, способных заменить литий в аккумуляторных батареях. Это обусловлено ограниченностью ресурсов лития, его токсичностью, потенциальным негативным воздействием на экологию, а также пожароопасностью электролита в литиевых аккумуляторах. В связи с этим, в настоящее время многие ученые стремятся к переходу на твердотельные батареи», – поделился с корреспондентом «Научной России» руководитель проекта, заведующий лабораторией «Электрохимические источники для возобновляемой энергетики» Сахалинского государственного университета Олег Шичалин.
По мнению исследователя, твердотельные батареи, использующие катоды из феррита цинка, вероятно, будут иметь меньшую емкость по сравнению с литиевыми аккумуляторами, однако они значительно повысят безопасность. В частности, их можно будет использовать в инвазивной хирургии, например, в качестве питания для имплантируемых устройств, исключая риск отравления внутренних органов. В настоящее время ученые ведут сотрудничество с медицинским центром и планируют провести испытания на животных после создания прототипа новой батареи.
«Дальнейшая работа предполагает изготовление керамического сепаратора и анода на основе цинка. После этого анод, катод и сепаратор будут объединены в единую конструкцию с помощью технологии искрового плазменного спекания, которая широко применяется при создании твердотельных батарей. После изготовления прототипа планируется изучение его электрохимических характеристик и подготовку к испытаниям в качестве нового источника питания для инвазивных устройств, ― подчеркнул Олег Шичалин.
К концу 2026 года ученые намерены создать действующий прототип. Благодаря сотрудничеству с промышленными партнерами, появится возможность разрабатывать инновационные портативные источники питания для электроники и транспортных средств.
Материал создан при содействии Министерства науки и высшего образования Российской Федерации
Фото: scanrail / ru.123rf.com