Разработан катодный материал для органических быстрозаряжаемых аккумуляторов — Naked Science
03.06.2019
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.
Позавчера, 13:03
Мария Азарова

Исследование микробиома кишечника, проведенное японскими и американскими учеными, предоставляет один из потенциальных ключей к долголетию и лечению бактериальных инфекций.

Сегодня, 12:05
Ольга Иванова

Польские исследователи узнали, какой определяющий фактор стоит за убежденностью людей не вакцинироваться от коронавирусной инфекции.

Позавчера, 21:19
Мария Азарова

Руководитель полетов Национального космического агентства США Зебулон Сковилл рассказал, чем обернулся для МКС инцидент с двигателями «Науки».

27 июля
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

Позавчера, 13:03
Мария Азарова

Исследование микробиома кишечника, проведенное японскими и американскими учеными, предоставляет один из потенциальных ключей к долголетию и лечению бактериальных инфекций.

28 июля
Мария Азарова

Член Северо-Западной организации Федерации космонавтики России Александр Хохлов рассказал о проблемах, сопровождающих модуль «Наука» на пути к МКС, и объяснил, почему на долгожданную стыковку будет всего одна попытка.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
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: