Исследователи и Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) разработали аккумуляторы нового типа, которые могут заряжаться в десять раз быстрее литий-ионный аккумуляторов и являются более безопасными с точки зрения вероятности возгорания и последствий утилизации для окружающей среды. Статья о разработке была опубликована в журнале Batteries & Supercaps, а кратко об исследовании рассказывается на сайте СПбГУ.
По словам руководителя группы исследователей профессора кафедры электрохимии СПбГУ Олега Левина, химики рассматривают в качестве материалов, которые могли бы стать основой для новых аккумуляторов, редокс-активные нитроксилсодержащие полимеры. Таким полимерам свойственны высокая плотность энергии (количество энергии на единицу объема) и скорость зарядки и разрядки в результате окислительно-восстановительных реакций. Проблемой при этом является низкая электропроводимость таких полимеров, которая препятствует накоплению заряда.
Российские ученые смогли решить эту проблему, синтезировав полимер на основе комплекса никель-сален (NiSalen). Молекулы этого полимера выступают в качестве молекулярной проволоки, на которую прикреплены энергоемкие нитроксильные фрагменты. Такая архитектура материала позволяет добиться одновременно высоких мощностных, емкостных и низкотемпературных характеристик.
"Когда мы исследовали механизм переноса заряда в этом классе соединений, оказалось, что у них есть два направления развития. Первое - они могут использоваться в качестве защитных слоев в связке с традиционными материалами литий-ионных батарей. И второе - они сами могут стать активным компонентом электрозапасающих материалов", - рассказал Левин.
Работа над этим проектом заняла более трех лет, а из всех полученных полимеров лишь один оказался стабильным и работоспособным. По словам Левина, аккумулятор, созданный на основе нового материала, будет заряжаться примерно в десять раз быстрее, чем литий-ионный аккумулятор, что уже подтверждено результатами экспериментов. При этом пока что опытные образцы на 30-40% отстают от литий-ионных батарей по емкости, и исследователи работают над улучшением этого показателя.
"Новая батарея способна прекрасно проявить себя в ситуациях, когда необходим очень быстрый заряд, или же во время работы при низких температурах. Ее использование абсолютно безопасно - в ней нет ничего, что могло бы загореться или взорваться, в отличие от батарей на основе кобальта, которые сегодня широко распространены. Также в ней содержится в десятки раз меньше металлов, которые могут нанести экологический вред. В небольшом количестве в нашем полимере присутствует никель, но его там во много раз меньше, чем в литий-ионных аккумуляторах", - отметил Левин.
Напомним, ученые из разных стран регулярно сообщают о создании более эффективных аккумуляторов, но появившиеся в последние годы разработки пока не добрались до массового рынка. Подстегнуть развитие этой отрасли может рост продаж электромобилей, связанный с постепенным отказом ряда стран от автомобилей с двигателями внутреннего сгорания.
Подпишись: