Российские ученые нашли "зеленую" замену для литиевых аккумуляторов

МОСКВА, 3 июн – РИА Новости. Химики из России открыли особое органическое вещество, которое можно использовать в качестве замены для металлов, из которых сейчас изготовляют катод аккумуляторов. Это открытие позволит создать полностью "зеленую" замену для современных литиевых батарей, пишут ученые в Journal of Material Chemistry A.

«

"Созданный нами новый материал продемонстрировал превосходные характеристики — полный заряд и разряд аккумулятора происходит всего за 18 секунд. Немаловажно и то, что помимо литиевых аккумуляторов, нам удалось собрать также перспективные натрий- и калий-ионные ячейки", – рассказывает Филипп Обрезков, аспирант "Сколтеха".

Современные аккумуляторы состоят из трех частей – катода, положительного полюса и источника энергии, анода, отрицательного полюса и "изымателя" этой энергии, и электролита, позволяющего ионам путешествовать между катодом и анодом. Емкость и мощность батарей зависят от состава катода, а их долговечность – от того, как сильно разрушается материал электролита и катода при циклах заряда и разряда.

Органические электролиты уже широко используются в производстве батарей, однако материал катода оставался металлическим. Как правило, его изготавливают из кобальта или соединений марганца, что делает такие источники питания дорогими и потенциально опасными для окружающей среды.

Как передает пресс-служба "Сколтеха", Обрезков и его коллеги уже много лет пытаются найти органическую замену для материалов, используемых при изготовлении катодов в литий-ионных и иных типах аккумуляторов. За последние годы появилось несколько подобных альтернатив, однако у всех них есть большие недостатки, мешавшие им решить эту проблему.

«

"Катодные материалы на основе политрифениламина и его аналогов обладают потрясающими рабочими характеристиками в металл-ионных аккумуляторах. В частности, они демонстрируют высокий потенциал разряда, хорошую стабильность, а также способны работать при больших скоростях заряда и разряда. Однако, низкая удельная емкость известных полимеров данной группы ограничивает их коммерциализацию", — продолжает химик.

Российские химики попытались решить эту проблему, синтезируя различные производные политрифениламина и полимерные молекулы на их основе, замеряя свойства подобных соединений и сравнивая подобные показатели между собой.

Результатом этих опытов стало создание вещества под названием PDPPD, чья удельная емкость была примерно в два раза выше, чем у простого политрифениламина. Этот прирост, как объясняют исследователи, был связан с тем, что полимеризация сделала это соединение необычно стабильным с электрохимической точки зрения.

Его работу ученые проверили, создав не только литий-ионный аккумулятор с подобным органическим катодом, но и батареи на базе соединений натрия и калия. Как показали первые опыты с ними, они потеряли меньше четверти емкости при пяти сотнях циклов разряда и заряда, причем при этом подобные батареи могли разряжаться и заряжаться с рекордно высокой скоростью.

С другой стороны, ученые признают, что у их батарей пока есть несколько больших недостатков, способных сильно ограничить их применение. К примеру, он крайне плохо переносит большие напряжения, что химики связывают с тем, что электролит – смесь из соединений лития, карбоната этилена и деметилкарбоната — становится нестабильным при достижении отметки в 4,2 Вольт.

Его замена, как предполагают исследователи, поможет подобным батареям стать еще более емкими и быстрыми в работе, что критически важно для создания дешевых, быстрых и долговечных электромобилей.