Ученые Сколковского института науки и технологий совместно с коллегами из Института проблем химической физики РАН описали органический материал, который перспективен для создания систем хранения энергии нового поколения. Авторы предложили элегантный принцип молекулярного дизайна, с помощью которого в будущем станет возможным создание материалов с еще более перспективными свойствами. Работа ученых опубликована в журнале ACS Applied Energy Materials.
Химики предложили использовать в качестве катодного материала для аккумуляторов простой редокс-активный полиимид. Этот материал легко синтезируется путем нагрева смеси из двух доступных компонентов: ароматического диангидрида и мета-фенилендиамина. Новый полиимид хорошо показал себя в различных системах хранения энергии — литиевых, натриевых и калиевых аккумуляторах. Он обладал большой емкостью заряда, выдерживал до тысячи циклов зарядки и разрядки, не меняя своих свойств, и имел способность быстро (менее чем за минуту) заряжаться.
«Мы не просто исследовали новый органический катодный материал. Мы предложили новый принцип молекулярного дизайна полиимидов для аккумуляторов, заключающийся в использовании ароматических молекул с аминогруппами в мета-положениях в качестве строительных блоков», — рассказал автор разработки, аспирант Сколтеха Роман Капаев. — «Долгое время ученые уделяли мало внимания этому структурному мотиву и использовали в основном пара-фенилендиамин или аналогичные структуры. Полученные результаты позволяют лучше понять, какими на молекулярном уровне должны быть структуры полиимидов для аккумуляторов. В перспективе наши результаты могут стать основой для создания катодных материалов с улучшенными характеристиками».
По показателям удельной энергоемкости и мощности новый материал превзошел ранее исследованный изомер — пара-фенилендиамин. Оказалось, что улучшение его свойств объясняется двумя причинами. Во-первых, он имеет меньший размер частиц и заметно более высокую удельную площадь поверхности, что облегчает процесс диффузии носителей заряда. Во-вторых, пространственное расположение соседних имидных звеньев в полимере обеспечивает более энергетически выгодное взаимодействие с ионами металлов, что приводит к повышению потенциалов.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
