Разработан катодный материал для органических быстрозаряжаемых аккумуляторов — Naked Science
6 минут
Сколтех

Разработан катодный материал для органических быстрозаряжаемых аккумуляторов

Ученые из Центра энергетических наук и технологий Сколтеха совместно с ИПХФ РАН и РХТУ имени Д. И. Менделеева создали новый полимерный катодный материал для быстрозаряжаемых металл-ионных аккумуляторов, превосходящий по многим характеристикам все предыдущие аналогичные разработки.

Литий-ионные аккумуляторы
Литий-ионные аккумуляторы / ©delvik.ru

Результаты исследований опубликованы в Journal of Material Chemistry A.

На протяжении последних десятков лет наблюдается значительное увеличение мирового потребления энергии, связанного с ростом населения, индустриализацией, а также развитием бытовой техники и электроники, в частности мобильных устройств и электромобилей. Это обуславливает острую потребность в совершенствовании технологий и устройств электрохимического хранения энергии.

Несмотря на то что литий-ионные аккумуляторы на основе неорганических материалов (оксидов, фосфатов и т. д.) занимают доминирующее положение на рынке, дальнейшее улучшение их рабочих характеристик затруднено, потому что в их составе используются тяжелые элементы, ограничивающие удельные электрохимические емкости материалов.

Проблема может быть решена путем применения в качестве катодных материалов органических соединений на основе легких элементов. Среди их преимуществ можно выделить высокую удельную энергоемкость, высокие скорости заряда/разряда, а также устойчивость к механическим деформациям.

Помимо прочего, важным преимуществом является их повышенная экологичность, поскольку органические материалы содержат только типичные для живой природы элементы (C, H, N, O, S) и, как следствие, могут производиться целиком на основе возобновляемых ресурсов.

В отсутствие тяжелых металлов переработка органических аккумуляторов может быть произведена теми же методами, что и для обычного бытового (например, пищевого) пластика. Более того, использование органических катодов позволяет полностью отказаться от использования дорогостоящих соединений лития, заменив их на дешевые соли натрия и калия.

Группе исследователей под руководством профессора Сколтеха Павла Трошина удалось создать новый катодный материал на основе соединения полифениламинового ряда — одного из наиболее перспективных классов органических катодных материалов для металл-ионных аккумуляторов.

«Катодные материалы на основе политрифениламина и его аналогов, описанные в литературе, обладают потрясающими рабочими характеристиками в металл-ионных аккумуляторах. В частности, они демонстрируют высокий потенциал разряда, хорошую стабильность при циклировании, а также способны работать при больших скоростях заряда/разряда.

Однако низкая удельная емкость известных полимеров данной группы ограничивает их коммерциализацию. Поэтому нами была поставлена задача смоделировать и исследовать новые макромолекулы, потенциально обладающие более высокой энергоемкостью.

Созданный нами новый материал продемонстрировал превосходные характеристики при плотностях тока до 200 С (полный заряд и разряд аккумулятора происходит всего за 18 секунд. —  Прим. ред.). Немаловажным является и тот факт, что, помимо литиевых аккумуляторов, нам удалось собрать перспективные натрий- и калий-ионные ячейки на их основе», — рассказывает первый автор опубликованной работы, аспирант Сколтеха Филипп Обрезков.

Полученные учеными результаты подтверждают перспективность использования органических соединений в качестве катодов для «быстрых» металл-ионных аккумуляторов.

Дальнейшее развитие проекта может привести к созданию нового поколения аккумуляторных материалов, обладающих еще большей емкостью при высокой скорости заряда. Именно такие аккумуляторы сейчас крайне востребованы на рынке портативных устройств и электромобилей.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.
Сегодня, 08:45
11 минут
Мария Азарова

Американские ученые показали, что РНК коронавируса SARS-CoV-2 проходит через обратную транскрипцию, встраивается в геном инфицированной клетки и экспрессируется в виде «химерных» транскриптов, сливающихся с вирусными с клеточными последовательностями.

Сегодня, 09:24
4 минуты
Сергей Васильев

Анализ сотен записей зевков у разных видов млекопитающих и птиц показал, что оно длится тем дольше, чем крупнее мозг животного и чем больше в нем нейронов.

10 часов назад
29 минут
Илья Ведмеденко

Как это часто бывало в прошлые годы, то, что совсем недавно казалось фантастикой, стало частью обыденной жизни. Речь идет о многоразовых ракетах, которые успели громко заявить о себе в мире. Сможет ли Россия ответить компании SpaceX или Blue Origin?

Сегодня, 08:45
11 минут
Мария Азарова

Американские ученые показали, что РНК коронавируса SARS-CoV-2 проходит через обратную транскрипцию, встраивается в геном инфицированной клетки и экспрессируется в виде «химерных» транскриптов, сливающихся с вирусными с клеточными последовательностями.

8 мая
37 минут
Александр Березин

Филипп Мандей основал целое направление исследований: он первым установил, что закисление океанов — последствие глобального потепления — угрожает обонянию и умению ориентироваться у морских рыб. Само собой, это создает угрозу их вымирания. Долго оставалось загадкой только одно: как существующие виды рыб перенесли серьезное закисление океана при прошлых изменениях климата. Теперь все проясняется: похоже, Мандей обнаружил эффект, которого никогда не было. Интересно, что вместе с ним его наблюдали еще 179 ученых — и теперь все они оказались в центре чудовищного скандала. Попробуем разобраться в деталях.

8 мая
13 минут
Александр Речкин

В учебниках истории XX века, на сотнях плакатах и в десятках кинофильмах о Второй мировой войне мы видели знаменитые танки, «катюши» и бороздящие небеса Ил-2. Давайте проверим, сможете ли вы отличить советскую военную технику от машин союзников и стран «оси».

16 апреля
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

23 апреля
11 минут
Василий Парфенов

Действующий глава NASA в рамках общения с прессой ответил на ряд вопросов, касающихся недавних заявлений российских политиков и главы «Роскосмоса» о скором отказе от собственного сегмента МКС. Администратор заверил всех, что агентство находится в хороших отношениях с Россией, а также поделился информацией о согласовании обмена местами для астронавтов и космонавтов в пилотируемых миссиях двух стран.

25 апреля
17 минут
Александр Березин

На этой неделе СМИ выдали новость, от которой можно впасть в шок: «Ранее из России уезжало около 14 тысяч исследователей [в год], теперь — 70 тысяч». Мы внимательно разобрались в ситуации и вынуждены отметить, что ничего подобного не было и нет. В реальности речь вовсе не об ученых и даже не о высококвалифицированных специалистах. Проблемы с учеными в России есть. Но в этом случае речь идет не о них, а о том, что отдельные бывшие комсомольские вожаки, удачно устроившиеся в РАН, перепутали утечку мозгов из России с отъездом из нее гастарбайтеров. Разбираемся, как это у них получилось.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: