В природе литий находится в виде солей. Самый крупный поставщик карбоната лития — Чили, но встречается он и в других странах Южной Америки. Второй источник сырья — озера, где концентрация ионов лития очень высока. Например, недавно такие озера нашли в Монголии, наш институт участвовал в экспедициях. Был разработан процесс переработки литийсодержащих вод. Тем не менее все исходное сырье для литий-ионных аккумуляторов находится в дефиците. Люди быстро поняли, что за этим будущее и деньги. И те, кто сейчас имеет доступ к сырью, диктуют на него мировые цены.
Когда встал вопрос о производстве крупногабаритных аккумуляторов для экологически чистого транспорта, мировое научное сообщество задумалось об исследовании других соединений, пригодных для этих целей. Для электромобилей очень важно иметь высокомощные источники энергии, поэтому должны быть материалы, которые могли бы работать при больших напряжениях и при больших токах.
Для того чтобы получить такие вещества, нужны материалы с высокой электронной и ионной проводимостью. И получать их нужно в наноразмерном состоянии. Какой наиболее дешевый и распространенный элемент? Железо. Американский физик Джон Гудэнаф — кстати, его перу принадлежат все пионерские работы по катодным материалам — в 1996 году получил железофосфат лития и предложил его в качестве катодного материала. Литий-железофосфат — самый химически и структурно устойчивый катодный материал, он может выдерживать максимальное число циклов заряда-разряда.
Однако у железофосфата выявился огромный недостаток: это соединение — диэлектрик, проводимость очень низкая. А все электродные материалы должны быть смешанными проводниками. В 2000 году японский ученый Ацуо Ямато первым показал, что в наноразмерном состоянии железофосфат лития способен работать в качестве катодного материала в аккумуляторе. А представитель Канады Мишель Арманд в том же году продемонстрировал, что если соединение синтезировать в наноразмерном состоянии и нанести на поверхность его частиц слой высокопроводящего углеродного покрытия, то литий-железофосфат практически ни в чем не уступает кобальтату лития.
В данной сфере все происходит очень быстро, и шаги от научной мысли до внедрения довольно короткие. Так, Джон Гудэнаф получил кобальтат лития в 1986 году, а уже в начале 1990-х Sony начала производить аккумуляторы на его основе. Синтезировать железофосфат лития сложнее, к тому же он выходил на рынок, заполненный кобальтатом, поэтому до открытия первого производства аккумуляторов прошло в два раза больше времени: завод в Квебеке заработал только в 2010 году. Сейчас разрабатываются новые виды аккумуляторов. Например, литий-серные и литий-воздушные аккумуляторы. В Америке они начали изучаться только в последние годы, но у них тратят на такие исследования миллиарды долларов.
[свернуть]