Руски химици създадоха батерия, зареждаща се 10 пъти по-бързо

Учени от държавния университет в Санкт Петербург са разработили нов тип батерии, които могат да се зареждат десет пъти по-бързо от литиево-йонните и също така са по-безопасни по отношение на вероятността от взривяване и пожар.

Според ръководителя на групата учени Олег Левин – професор от Катедрата по електрохимия на Санкт Петербургския държавен университет, като материали, които биха могли да бъдат основата за нови батерии, химиците обмислят редокс-активни нитроксилсъдържащи полимери. Те се характеризират с висока енергийна плътност (количество енергия на единица обем) и скорост на зареждане и разреждане в резултат на редокс (редукционно-окислителни) реакции.

Използването на подобни полимери в момента е затруднено от недостатъчната им електрическа проводимост – те предотвратяват натрупването на заряд дори при използване на добавки с висока проводимост, като въглен. За да разрешат този проблем, учените от Санкт-Петербургския държавен университет синтезирали полимер на базата на никел-саленов (NiSalen) комплекс. Молекулите на този полимер действат като молекулярна жица, към която са прикрепени енергоемки нитроксилни фрагменти, обяснява научният екип в прес-съобщение. Тази молекулярна архитектура на материала позволява да се постигнат едновременно характеристики като висока мощност, капацитет и ниска работна температура.

„Разработихме концепцията за този материал през 2016 г. По това време започнахме да работим по фундаменталния проект „Електродни материали за литиево-йонни батерии на основата на органометални полимери“, подкрепен с безвъзмездна помощ от Руската научна фондация. Когато изследвахме механизма на пренос на заряд в този клас съединения, се оказа, че те имат две направления на развитие. Първият е, че те могат да се използват като защитни слоеве заедно с традиционните материали за литиево-йонни батерии. И второто – те самите могат да се превърнат в активен компонент на електрически материали за съхранение“, казва Левин.

Разработването на полимера е отнело повече от три години. През първата година на работа учените тествали концепцията за новия материал: те смесили отделните компоненти, моделиращи проводимата верига, и редокс-активните нитроксил-съдържащи полимери. За тях било важно да се уверят, че всички части на конструкцията работят добре заедно и се подсилват взаимно. След това започнал етапът на синтез на веществото. Това е най-трудното при създаването на нов материал. Факт е, че той включва чувствителни компоненти, които лесно могат да се разрушат с най-малката грешка на учения.

Резултатите от проучването бяха публикувани в списанието Batteries & Supercaps.

От няколкото получени полимера само един се оказал стабилен и работещ. Основната верига на новия материал се формира от никелови комплекси с лиганди, които се наричат „сален“. Той се свързва чрез ковалентни връзки към стабилен свободен радикал, който има способността бързо да се окислява и редуцира (зарежда и разрежда).

„Батерията, създадена с помощта на нашия материал, ще се зарежда за секунди – около десет пъти по-бързо от литиево-йонната. Вече изяснихме това в резултат на експерименти. На този етап обаче тя изостава с 30-40% по отношение на капацитета. Сега работим за увеличаване на тази цифра, като същевременно поддържаме скоростта на зареждане-разреждане,“ казва Олег Левин.

Вече е създаден катод за новата батерия – положителен електрод на химически източник на ток. Той се нуждае от отрицателен електрод – анод. Въпросният обаче не е нужно да се създава от нулата – може да бъде избран някой от съществуващите варианти. Заедно, устройствата образуват система, която в някои области може скоро да измести литиево-йонните батерии.

„Новата батерия е в състояние да се докаже перфектно в ситуации, когато се нуждаете от много бързо зареждане или по време на работа при ниски температури. Използването му е абсолютно безопасно – в него няма нищо, което може да се запали или експлодира, за разлика от широко разпространените днес батерии на основата на кобалт. Съдържа и десетки пъти по-малко метали, които могат да причинят вреда на околната среда. Никелът присъства в малки количества в нашия полимер, но е в пъти по-малко, отколкото в литиево-йонните батерии “, казва Олег Левин.

Сега учените кандидатстват за патент за своето изобретение. Неговият законен собственик ще бъде Държавният университет в Санкт Петербург.

Коментари

Напиши коментар

E-mail адресът Ви няма да бъде публикуван




*