Российские исследователи синтезировали катоды на основе дигидрофеназина и внедрили их в двухионные литиевые батареи. Новые устройства получилось зарядить за несколько секунд, а их стабильность сохранялась на протяжении минимум 25 000 циклов.
Что если бы аккумулятор в вашем телефоне служил 70 лет, а заряжаться мог за несколько секунд? Российские ученые создали прототип такого устройства, катоды которого сделаны из полимерного материала
Сегодня литиевые аккумуляторы — самые распространенные накопители энергии. Они производятся в огромных количествах и увидеть их можно практически в каждом современном электронном устройстве. Однако, с этим видом аккумуляторов есть серьезная проблема: в состав их катодов входит кобальт, более половины запасов которого находится в одной стране — Демократической республике Конго. В будущем цена на этот элемент и аккумуляторы может сильно вырасти, если не найти ему замену в катодах.
Исследователи из Российского химико-технологического университета имени Д.И. Менделеева и Института проблем химической физики РАН разрабатывают новые, так называемые двухионные аккумуляторы. В электрохимических процессах внутри них задействованы и катионы, и анионы электролита, что повышает эффективность работы устройств. В новой работе авторы также представили катоды для таких аккумуляторов на основе полимерного соединения дигидрофеназина, который призван заменить собой кобальт.
В более ранних работах авторы также пробовали использовать полимерные материалы в качестве катодов, однако тогда они экспериментировали только с линейными молекулами. Теперь ученые решили использовать для синтеза соединения, образующие трехмерную структуру. В качестве основы они выбрали полиароматическую азотсодержащую молекулу дигидрофеназина и соединяли ее с дифениламином или фенотиазином. В результате получались объемные сополимеры.
Сополимер с дифениламином показал наилучшие рабочие характеристики. Авторы проверили емкость устройства после 25 000 циклов заряда-разряда и обнаружили, что она составила треть от первоначальной. Если бы аккумулятор в телефоне был так же стабилен, его можно было бы ежедневно заряжать и разряжать на протяжении 70 лет. Удельная емкость таких устройств варьировалась от 82 до 101 миллиампер-часа на грамм в зависимости от силы тока при заряде и разряде. Кроме того, зарядить такие аккумуляторы ученые смогли всего за несколько секунд.
Статья об открытии опубликована в журнале Energy Technology.
