Onderzoekers van het Skoltech Center for Energy Science and Technology, IPCP RAS en D.I. Mendeleev University of Chemical Technology heeft een nieuw polymeer kathodemateriaal ontworpen voor ultrasnelle metaal-ionbatterijen met superieure eigenschappen. De resultaten van dit werk zijn gepubliceerd in de Journal of Material Chemistry A .

In de afgelopen decennia, het wereldwijde energieverbruik is aanzienlijk gestegen als gevolg van de bevolkingsgroei, industrialisatie en de ontwikkeling van een grote verscheidenheid aan huishoudelijke apparaten en elektronica, met een bijzondere toename van het aantal mobiele apparaten en elektrische voertuigen. Er is daarom dringend behoefte aan de ontwikkeling van elektrochemische energieopslagtechnologieën en apparaten die in staat zijn voldoende hoeveelheden energie op te slaan en deze op verzoek snel vrij te geven. Ondanks het feit dat lithium-ionbatterijen op basis van anorganische gelaagde oxiden en fosfaten de markt domineren, het verder verbeteren van hun prestaties is een uitdaging omdat ze zijn samengesteld uit zware elementen die de haalbare capaciteit beperken.

Dit probleem kan worden opgelost door organische verbindingen als kathodematerialen toe te passen. Organische kathoden bieden voordelen zoals een hoge energiedichtheid, indrukwekkend laad-/ontlaadvermogen en goede weerstand tegen sterke mechanische vervormingen. Een ander belangrijk voordeel is hun milieuvriendelijkheid, aangezien organische materialen alleen uit natuurlijke overvloedige elementen bestaan ​​(C, H, N, O, S) en kan worden verkregen uit hernieuwbare bronnen. Bij afwezigheid van zware metalen, hun recycling kan op dezelfde manier worden gedaan als voor gewoon huishoudelijk afval, bijv. voedsel kunststof. Bovendien, het gebruik van organische kathoden maakt het mogelijk om dure lithiumzouten in de elektrolyt te vervangen door veel goedkopere natrium- en kaliumanalogen.

Onder de talrijke projecten van het onderzoeksteam van professor Pavel Troshin, speciale aandacht wordt besteed aan het ontwerp van nieuwe verbindingen van het type polyfenylamine, die een van de meest veelbelovende families van organische kathodematerialen voor metaalionbatterijen vertegenwoordigen.

"Kathodematerialen op basis van polytrifenylamine en zijn analogen die in de literatuur worden beschreven, vertonen nogal uitstekende eigenschappen in metaal-ionbatterijen. ze vertonen een hoog ontladingspotentieel, goede fietsstabiliteit, en kan werken met hoge laad-/ontlaadsnelheden. Echter, lage specifieke capaciteiten beperken de commercialisering van deze groep materialen. Daarom, we hebben onze inspanningen gericht op moleculair ontwerp en synthese van een nieuwe groep macromoleculen, die mogelijk een hogere energiedichtheid kunnen opleveren. Inderdaad, een van de ontworpen materialen vertoonde uitstekende prestaties tijdens het opladen en ontladen met de huidige snelheden tot 200 ° C (volledig opladen en ontladen duurt slechts 18 seconden, opmerking van de uitgever). Het is belangrijk dat naast lithium, we zijn er ook in geslaagd om natrium- en kaliumionbatterijen te assembleren op basis van hetzelfde materiaal, " zegt de eerste auteur van het gepubliceerde werk, Skoltech Ph.D. student, Filip Obrezkov.

Dus, de verkregen resultaten bevestigen een aanzienlijk potentieel van het gebruik van organische verbindingen als kathodes voor ultrasnelle metaal-ionbatterijen. Verdere ontwikkeling van dit project kan resulteren in de ontwikkeling van een nieuwe generatie batterijmaterialen met een nog hogere specifieke capaciteit en energiedichtheid die haalbaar is bij hoge stroomdichtheden, die dringend nodig zijn om te voldoen aan de huidige en toekomstige vraag op de markt voor draagbare apparaten en elektrische voertuigen.