Аккумуляторы нового поколения должны будут отличаться большой энергетической емкостью, небольшими размерами и высокой скоростью заряда. Не исключено, что в их создании будут применяться разработки ученых «Сколтеха». Усилиями российских исследователей был создан материал, обеспечивающий возможность заряда меньше чем за 1 минуту.
Потребность времени
Отдельные устройства для хранения энергии получают все более широкое распространение в разных сферах применения. На этом фоне растет и уровень требований к их эксплуатационным свойствам. Современный аккумулятор должен отвечать высоким стандартам надежности, энергоэффективности, безопасности и экологической чистоты.
Соответствовать всем этим требованиям могут органические катодные материалы. Потенциально они обладают оптимальными характеристиками для аккумуляторов, но на сегодняшний день их недостаточно изучили. Этот пробел и решили восполнить специалисты «Сколтеха».
Перспективная начинка
Речь идет о полиимиде, синтетическом термостойком полимере. Его создали в результате нагрева комбинированной смеси из двух компонентов - ароматического мета-фенилендиамина и диангидрида.
Разработанный материал продемонстрировал отличные свойства работы в разных системах хранения энергии, в том числе взаимодействуя с калиевыми, натриевыми и литиевыми батареями. Он показал высокую удельную емкость и относительно высокие показатели электрохимического потенциала, сохраняя при этом стабильность при циклировании и способность к быстрой зарядке менее чем за 1 минуту.
Секрет успеха
Преимущества органического катода ученые объясняют двумя причинами. В первую очередь тем, что новый материал имеет высокий показатель удельной площади поверхности при сравнительно небольшом размере частиц. Такое сочетание параметров способствует облегчению процесса диффузии носителей заряда.
Второе объяснение заключается в том, что само пространственное расположение имидных звеньев в структуре полимера обеспечивает более выгодное с энергетической точки зрения взаимодействие с ионами металлов. В результате потенциалы повышаются.
Однако получением перспективного материала ученые не ограничились. Вместе с ним был разработан новый подход к реализации молекулярного дизайна полиимидов специально для применения в аккумуляторах. Ученые предложили новый принцип формирования молекулярной структуры полиимидов на основе ароматических молекул с аминогруппами. Последние использовались в мета-положениях подобно строительным блокам.
Развитие концепции
Проведенные исследования расширили знания о том, как на молекулярном уровне можно формировать структуры полиимидов для систем хранения энергии. В дальнейшем полученные результаты могут быть заложены в основу для разработки катодного материала с улучшенными эксплуатационными характеристиками. В долгосрочной перспективе развития данная концепция может сформировать и полноценную замену современным аккумуляторам.
