Петербурзькі вчені розробили новий тип акумулятора, який безпечніше і заряджається вдесятеро швидше літієвих

15

Розробка нового полімеру, з якого можна зробити катод батареї з такими привабливими властивостями, зайняла три роки. Опис цього з’єднання, його характеристики і результати лабораторних випробувань представлені в рецензованому журналі chemistry europe. Стаття вийшла кілька місяців тому, але з якихось причин публіка помітила цікаву вітчизняну розробку тільки зараз.

Як пояснює керівник дослідницької групи, що створила цей матеріал, професор кафедри електрохімії спбду олег левін, ідея зародилася ще в 2016 році. Він з колегами зайнявся створенням перспективних полімерних електродів для літій-іонних акумуляторів за підтримки російського наукового фонду. Результатом роботи стало розуміння, що у подібних матеріалів є два напрямки розвитку: вони можуть як служити в захисних шарах звичайних батарей, так і виконувати активну електрозапасаючу роль в перспективних осередках.

  • демонстрація нових матеріалів і батарей на їх основі на кафедрі електрохімії спбду / © прес-служба спбду
  • демонстрація нових матеріалів і батарей на їх основі на кафедрі електрохімії спбду / © прес-служба спбду

Після відсіву нестабільних з’єднань під час ряду експериментів у російських вчених вийшов працездатний варіант. Це складний полімер, основою якого служить довгий ланцюг комплексів нікелю з лігандами («сален», nisalen). На мікроскопічну нитку прикріплюються нітроксильні фрагменти-органічні радикали, що містять азот і кисень. Вони здатні швидко брати участь в окислювально-відновних реакціях, тобто запасати або віддавати енергію.

Таким чином, в нових акумуляторах не використовують з’єднання літію, відповідальні за високий ризик загоряння батареї при фізичному пошкодженні, перегріванні або короткому замиканні. В якості анода вчені з спбгу застосували поширені рішення на основі графіту. Але в подальшому і цей елемент можна поліпшити, створивши більш відповідний матеріал.

У лабораторних випробуваннях створений вітчизняними фахівцями полімер показав себе вражаюче. Після двох тисяч циклів заряду-розряду він зберіг дві третини своєї первісної ємності. Одна з ключових переваг новинки, крім підвищеної безпеки — – температурна стійкість. Як стверджує левін, така батарея відмінно працює без зміни своїх властивостей до мінус 40 градусів.

Природно, нічого не виходить безкоштовно. Оскільки використовуються сполуки металів важче літію, питома ємність цієї комірки на 30-40% нижче, ніж у сучасних акумуляторів. Збільшити показник можливо, проте радикальних поліпшень чекати не варто — хімію з фізикою не обдуриш. З іншого боку, цей недолік з лишком компенсується швидкою швидкістю зарядки-вдесятеро швидше, ніж у літій-іонних. Зараз вчені працюють над створенням методик промислового виробництва нового полімеру, перших результатів можна чекати протягом року-двох.