Учёные Саратовского национального исследовательского государственного университета имени Н.Г. Чернышевского нашли способ, который может изменить принцип работы аккумуляторов. Созданная ими атомистическая модель трёхслойной квази 2D-плёнки на основе графена и оксидно-фосфатных соединений лития может стать основой для аккумуляторов нового поколения – более быстрых, долговечных и безопасных. Подробности исследования опубликованы на сайтах ТАСС и Наука Mail.

Исследователи изучили композит с архитектурой LVP/графен/LTO – тонкий «энергетический сэндвич», где сверху расположен фосфат ванадия-лития, снизу – титанат лития, а между ними лежит прочный проводящий слой графена. Эта трёхслойная плёнка продемонстрировала редкое сочетание свойств: она способна удерживать большое количество энергии и быстро отдавать её внешней нагрузке, объединяя преимущества литий-ионных аккумуляторов и суперконденсаторов.

Получить столь комплексные данные позволила разработанная самими авторами новая методика расчёта квантовой ёмкости – ключевого параметра для точного прогноза будущих характеристик. Она учитывает, как изменяется квантовая ёмкость по мере изменения числа атомов лития в структуре.

Важность подхода подчёркивают и сами учёные.

Благодаря этой методике удалось оценить квантовую ёмкость материала – показатель, определяющий, сколько заряда он способен накопить. Результаты оказались впечатляющими: до 868.00 мА·ч/г и 750.24 мА·ч/г в разных режимах работы, что значительно превосходит характеристики многих традиционных электродных материалов.

Для неспециалистов проще всего представить этот материал как технологический бутерброд. Верхний и нижний слои взаимодействуют с литием, а графен в середине – тонкий, но необычайно прочный и проводящий «лист», который удерживает всю конструкцию и ускоряет движение заряда. Такое сочетание делает структуру гибкой, эффективной и потенциально пригодной для аккумуляторов, которые могут заряжаться быстрее современных и служить гораздо дольше.

Практический смысл работы становится очевидным, если вспомнить ограничения привычной электроники. Композитная трёхслойная плёнка способна решить три главных проблемы в работе телефонов, ноутбуков и электромобилей: скорость зарядки, срок службы и безопасность. Более высокая ёмкость – это дольше работающее устройство; более быстрый обмен зарядом – это ускоренная зарядка; устойчивость материалов – это десятки тысяч циклов без разрушения. Дополнительным преимуществом может стать упрощение производства: использование более универсального электрода потенциально снижает стоимость и экологическую нагрузку.

Пока результаты существуют в виде точного компьютерного моделирования, но фундамент для будущего прорыва уже заложен. Следующий шаг – синтезировать материал в лаборатории и проверить расчёты экспериментально. В 2026 году работа продолжится. Если прогнозы подтвердятся, новая архитектура электродов может изменить подход к созданию аккумуляторов – от персональной электроники до транспортных систем.

Читайте новости Саратовского университета в MAX. Подписывайтесь на канал Минобрнауки России в MAX.