Российские химики разработали полимерные катоды для сверхбыстрых аккумуляторов

Спрос на -ионные аккумуляторы постоянно растёт, но сырье для их изготовления ограничено, и ученые ищут другие варианты этой . Российские исследователи из РХТУ, а и ИПХФ синтезировали новые катодные ы на основе полимеров и испытали их в литиевых двухионных х.

Такие катоды могут выдерживать до 25000 циклов работы, а также заряжаться за несколько секунд, что превосходит возможности современных -ионных аккумуляторов. Также с применением новых катодов могут быть созданы калиевые двухионные аккумуляторы, не использующие дорогостоящий

Человечество производит и потребляет всё больше электричества, и вместе с этим растёт спрос на энергонакопители, потому что многие устройства часто работают в автономном режиме. Литий-ионные аккумуляторы могут давать большую , обеспечивая при этом сравнительно высокие скорости разряда и заряда, а также хранят достаточно много энергии в расчете на единицу своей массы. Поэтому их применяют в качестве накопителей энергии не только в электронике и электротранспорте, но уже и в масштабах глобальных энергосетей. Например, в Австралии построят сеть огромных энергонакопителей на основе -ионных аккумуляторов, чтобы запасать излишки энергии, произведенной солнечными и ветровыми электростанциями.

Но если -ионных аккумуляторов будет становиться больше, то рано или поздно чится сырье для их производства. Например, катоды этих батарей часто содержат кобальт, 60% добычи которого приходится только на одну страну — ДР Конго, и поэтому если производители захотят делать еще больше аккумуляторов на кобальт может вырасти во много раз. Похожая ситуация и с литием — на его добычу уходит так много воды, что это может стать серьезной экологической проблемой. Поэтому исследователи ищут новые энергонакопители, которые с одной стороны работают по принципу -ионных аккумуляторов и сохраняют их преимущества, а с другой используют более доступное сырье. В работе ученых из Сколковского института науки и технологий, и ИПХФ была использована перспективная постлитиевая технология двухионных аккумуляторов,в электрохимических процессах которых задействованы как анионы, так и катионы электролита, что в разы повышает скорости заряда батарей по сравнению с -ионными. При этом в качестве катодов ировались ы на основе полимерных ароматических аминов, которые можно синтезировать из различных органических соединений.

  Названо истинное количество друзей в Facebook

“У нашей группы уже были работы по полимерным катодам для сверхбыстрых аккумуляторов с хорошей ёмкостью, которые можно заряжать и разряжать за несколько секунд, но хотелось большего, — рассказывает первый автор работы, аспирант а, Филипп Обрезков. — Среди прочих, раньше мы использовали линейные полимеры, у которых каждое мономерное звено образует связи только с двумя соседями, а в этой работе мы продолжили изучение новых разветвленных полимеров, у которых каждое звено может образовывать связи как минимум с тремя другими звеньями. Они формируют объемные сетчатые структуры, которые обеспечивают более быструю кинетику электродных процессов. С электродами из таких ов аккумуляторы могут еще быстрее заряжаться и разряжаться”.

Стабильные, быстрые, ёмкие

Стандартный -ионный аккумулятор — это ячейка объем которой заполнен -содержащим электролитом и разделен сепаратором на две части — в одной находится анод, а в другой катод. В заряженном состоянии большинство атомов лития встроены в кристаллическую структуру анода, а при разряде они выходят из анода и через сепаратор проникают в катодный . В двухионных аккумуляторах, с которыми работали российские ученые, в электрохимических процессах участвуют не только катионы электролита (то есть катионы лития), но и анионы, которые то встраиваются, то выходят из структуры катодного а. За счёт этого двухионные аккумуляторы часто могут заряжаться быстрее, чем обычные -ионные.

  Разгадано предназначение статуй на острове Пасхи

Кроме того, в работе была еще одна новация. В некоторых экспериментах ученые использовали не -содержащие электролиты, а калий-содержащие и так получали калиевые двухионные аккумуляторы, для работы которых не нужно дорогого лития.

Исследователи синтезировали два новых разветвленных полимера — один был сополимером дигидрофеназина и дифениламина (PDPAPZ), а другой — дигидрофеназина и фенотиазина (PPTZPZ). На их основе сделали катоды, а в качестве анодов использовали металлический и калий — все основные характеристики таких прототипов батарей, которые называются полуячейками, определяются катодной частью и ученые собирают их, чтобы быстро оценить возможности новых катодных ов.

Полуячейки с PPTZPZ показали скромные рабочие характеристики. PDPAPZ напротив оказался достаточно удачным ом: литиевые полуячейки с этим полимером могли сравнительно быстро заряжаться и разряжаться, а также показали хорошую стабильность. Они сохраняли до трети своей ёмкости даже после 25 тысяч рабочих циклов — если бы обычный аккумулятор в телефоне обладал такой же стабильностью, то его можно было бы ежедневно заряжать и разряжать на протяжении 70 лет. Калиевые же полуячейки на основе PDPAPZ показали хорошую плотность энергии — 398 Вт-ч/кг. Для сравнения в общераспространённых литиевых ячейках эта величина составляет 200 – 250 Вт-ч/кг, но в этой цифре также учитывается масса анода и электролита. Таким образом, российские ученые показали, что разработанные полимерные катодные ы можно использовать для создания эффективных литиевых и калиевых двухионных аккумуляторов, сообщает пресс-служба Российского химико-технологического университета им. Д.И.Менделеева.

  Китай установит в Тибете гравитационные телескопы

Читайте наш Телеграм-канал https://t.me/ieport_new

Pin It

Добавить комментарий