Een groep onderzoekers onder leiding van Skoltech-professor Pavel Troshin bestudeerde coördinatiepolymeren, een klasse van verbindingen met nauwelijks onderzochte toepassingen in metaal-ionbatterijen, en demonstreerden hun mogelijke toekomstige gebruik in energieopslagapparaten met een hoge laad-/ontlaadsnelheid en stabiliteit. De resultaten van hun onderzoek zijn gepubliceerd in het tijdschrift Chemie van materialen .

De laad-/ontlaadsnelheid is een van de belangrijkste kenmerken van lithium-ionbatterijen. De meeste moderne commerciële batterijen hebben minstens een uur nodig om volledig op te laden, wat zeker de reikwijdte van hun toepassing beperkt, vooral, voor elektrische voertuigen. Het probleem met actieve materialen, zoals het meest populaire anodemateriaal, grafiet, is dat hun capaciteit aanzienlijk afneemt, naarmate hun laadsnelheid toeneemt. Om de batterijcapaciteit bij hoge laadsnelheden te behouden, de actieve elektrodematerialen moeten een hoge elektronische en ionische geleidbaarheid hebben, wat het geval is met de nieuw ontdekte coördinatiepolymeren die zijn afgeleid van aromatische aminen en zouten van overgangsmetalen, zoals nikkel of koper. Hoewel deze verbindingen een grote belofte inhouden, hun toepassing in lithium-ionbatterijen blijft vrijwel onontgonnen.

Een recent onderzoek uitgevoerd door een groep wetenschappers van Skoltech en het Institute for Problems of Chemical Physics of RAS onder leiding van professor P. Troshin in samenwerking met de Universiteit van Keulen (Duitsland) en de Ural Federal University, gericht op op tetraaminobenzeen gebaseerde lineaire polymeren van nikkel en koper. Hoewel de lineaire polymeren een veel lagere initiële elektronische geleidbaarheid vertoonden in vergelijking met hun tweedimensionale tegenhangers, bleek dat ze kunnen worden gebruikt als anodematerialen die in minder dan een minuut worden opgeladen / ontladen, omdat hun geleidbaarheid dramatisch toeneemt na de eerste ontlading als gevolg van lithiumdoping.

Aanvullend, er werd vastgesteld dat deze anodematerialen een uitstekende stabiliteit hebben bij hoge laad-/ontlaadsnelheden:ze bleken tot 79% van hun maximale capaciteit te behouden na maar liefst 20, 000 laad-ontlaadcycli.

Verder, er werd ontdekt dat op koper gebaseerde polymeren zowel als anode- als kathodematerialen met hoge capaciteit kunnen worden gebruikt. De auteurs wijzen erop dat er volop mogelijkheden zijn voor structuuroptimalisatie, ook al kan de kathode nog niet stabiel werken. "Er zijn veel methoden om de eigenschappen van coördinatiepolymeren te verfijnen, " legt de eerste auteur van de studie en Skoltech PhD-student uit, Roman Kapaev. "Eigenlijk hebben we hier te maken met een soort bouwpakket waarvan de onderdelen eenvoudig kunnen worden veranderd of vervangen. We kunnen zowel de aminestructuur als het overgangsmetaalkation aanpassen, en door dit te doen, de capaciteit verhogen, het redoxpotentieel verhogen of verlagen, stabiliteit en diverse andere prestaties verbeteren. Deze baanbrekende studie raakt een uitgebreid onderzoeksgebied, die, Ik weet het zeker, heeft nog veel te onthullen."