Литий-ионные аккумуляторы — основа современной портативной электроники и электротранспорта — уже приближаются к своему максимуму возможной удельной энергоемкости, при этом стоимость лития стремительно растет. В связи с этим для многих приложений активно разрабатывается более доступная альтернатива литий-ионным аккумуляторам, в том числе натрий-ионные системы, в которых запасание энергии осуществляется переносом ионов натрия от анода к катоду и обратно. Ведутся работы и по калий-ионным аккумуляторам, которые могут иметь лучшие характеристики, чем натрий-ионные. Однако изготовление таких устройств требует создания новых материалов для всех основных компонентов — анода, катода и электролита. В черноголовском ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии РАН исследователи разработали органические материалы для катодов калий-ионных аккумуляторов с рекордной удельной энергоемкостью. Работа опубликована в Journal of Materials Chemistry A.
В новой работе химики из Черноголовки предложили сразу два полимерных органических катодных материала, которые могут быть получены из трихиноила и тетрааминоферазина. Авторы использовали разнообразные спектроскопические и физико-химические методы, для того чтобы полностью охарактеризовать структуру получившихся ковалентных органических каркасов, в структуру которых встраиваются ионы калия при работе калий-ионных аккумуляторов. При этом синтезы обоих полимеров достаточно просты, проходят в одну стадию и легко масштабируются.
Тестирование свойств этих материалов как катодов для калий-ионных аккумуляторов показало, что они обладают рекордной удельной энергоемкостью — 800–950 Вт*ч/кг.
«Наша последняя работа посвящена синтезу новых катодных материалов для калий-ионных аккумуляторов. Уникальность органических электродов состоит в том, что они совместимы практически с любыми типами металл-ионных аккумуляторов: литий-, натрий-, калий-, магний-, цинк-ионными. Кроме того, за счет аморфности органических материалов ионы способны очень быстро встраиваться в структуру, что открывает возможности для быстрого заряда и разряда аккумулятора», — рассказывает первый автор опубликованной работы, аспирантка ФИЦ ПХФ и МХ РАН Елена Щурик.
Обладают катоды и еще одним важным качеством, критически важным для металл-ионных аккумуляторов: они прекрасно работают при низких температурах (от +20 °C до -55 °C), лишь незначительно теряя в емкости. Это открывает возможности для применения подобных аккумуляторов для различных приложений, в том числе — в аэрокосмических технологиях.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
