栄誉教授で同センター所長のアルテム・アバクモフ率いるスコルテック・エネルギーセンターの研究チームは、特許層状ニッケルリッチ遷移金属酸化物から作られたリチウムイオン電池の高容量正極材料、およびその製造のための新しい水熱マイクロ波支援アプローチ。

新しい方法はより速く、より安価であり、正極材料市場で入手可能なものよりも約 10% 長く持続します。この技術は、ロシアにおける電気輸送のより効果的な開発に役立ちます。

あ紙結果の発表は、電源ジャーナル。

「マイクロ波支援水熱処理を使用して、カソード材料の前駆体の球形粒子を水酸化コバルトの薄層でコーティングします。その後、その高温でリチウム化が行われ、濃度勾配表面近くの層で形成され、独特の形態を持っています。一次粒子は凝集体内で放射状に配置されており、市場で入手可能な他の材料の場合のようにランダムではありません」と上級研究員アレクサンドラ・サヴィナ氏は述べています。特許および論文の共著者。

最初の段階で、チームはニッケル、マンガン、コバルトのカチオンが原子レベルで均一に混合された水酸化物前駆体（別の物質の形成につながる反応に関与する物質）を取得しました。次に、カルバミドの水溶液およびコバルト源を含むその懸濁液を水熱マイクロ波反応器に入れ、そこで約１５分間処理した。

その後、チームはコバルトが豊富に含まれた均一な殻で覆われた前駆体を取得しました。高温リチウム化の段階では、前駆体はリチウム源と混合され、高温で熱処理を受けます。現在、市場ではマイクロ波処理段階の代わりに、12時間以上かかる共沈法が主に使用されています。

「濃度勾配の形成と独自の形態の組み合わせにより、材料の安定性やさまざまなサイクル速度での高容量など、いくつかの利点がもたらされます。当社の材料のおかげで、リチウムイオン電池は約 10% 長く動作します。さらに、私たちは安価な試薬であるカルバミド（尿素）を使用しています」とサヴィナ氏は付け加えた。

高度なエネルギー貯蔵技術の開発は、ロシアにおける重要な科学技術課題の 1 つです。

これに先立ち、ロシア連邦政府は、技術開発の加速を目的とした、「可搬型を含む蓄電システムを構築するための技術」と題するロードマップと、2030年までのロシアにおける電気輸送の生産と利用の開発コンセプトを承認した。この分野で世界をリードする地位を獲得しています。

スコルテックの研究チームと同研究所で創設された新興企業は、ロードマップで規定された課題に取り組むために数年間積極的に取り組んできた。

「現在、スコルテックは酸化物正極材料におけるロシア最大の知的財産保有者であり、これによりロシア連邦におけるエネルギー貯蔵装置の生産への道が開かれることになる。当センターは、新しい正極材料とその産業用のより効率的な技術の両方を積極的に開発している」生産」とアバクモフ氏は語った。

「電気自動車に関連する費用の大部分はバッテリーから発生しており、そのバッテリーの中で全体のコストに最も大きく寄与するのは正極材料です。その結果、正極の製造コストの 10% 削減も達成できます。」材料は、その容量と出力特性を維持しながら、市場競争力を強化するための重要なベンチマークとして機能します。」

著者らは、ロードマップの目標の 1 つは、最大エネルギー密度 260 ワット時/キログラム (Wh/kg) のセルを生産することであると指摘していますが、チームはすでに比エネルギー密度 260 ワット時/kg (Wh/kg) を超えるセルのプロトタイプを生産しています。250Wh/kg、次世代素材への切り替えにより300Wh/kgまで増加可能です。

さらに、スコルテックの研究者らは今年、年間最大85トンの生産能力を持つ、高温前駆体リチウム化用のロシア初のローラーキルンを立ち上げる予定である。同センターはすでに、年間20トンの生産能力を持つ新しい前駆体生産プラントの建設に着手しており、技術プロセスのすべての段階で完全に自動化される予定だ。

新しいプロジェクトの初期データは、ロシアの部品で組み立てられた年間最大 10 トンの前駆体を生産するパイロット プラントの稼働中に取得されます。これらのプロジェクトには、スコルテック生まれの小規模テクノロジー企業であるスタートアップ Rustor の能力が関与しています。

現在構築中の生産ラインの助けを借りて、Rustor は、電気モビリティの分野で使用するために新しいニッケルリッチ正極材料を市場に投入することを計画しているほか、無人用の特定の要件に合わせて作成された材料も提供する予定です。航空機を念頭に置いています。

共著者の中には二人いる若い科学者: ルチア・シトニコワ博士材料科学および工学プログラムの学生、エカテリーナ・ドルジコワさんは材料科学プログラムの修士課程の学生であり、スコルテックとD.I.メンデレーエフ・ロシア工科大学のエネルギー貯蔵および変換材料分野の共同学士号の第1期卒業生です。プログラム。ドルジコワさんは、学士論文の準備の一環として、カソード材料の改良に取り組み始めました。

「研究の2年目で、私たちはコアシェル構造を持つ正極材料の研究を始めました。私はこのテーマがとても好きだったので、どこで研究を続ければよいか迷いませんでした。このプログラムと研究グループは私に多くのことを与えてくれました。信じられないほどの知識、特許、有名な雑誌での共同論文、そしてキャリアの成長、私はこれにさらに多くの時間を費やしたいと思っています。