Специалисты СПбГУ разработали новую разновидность полимерных аккумуляторных элементов. Аккумуляторы на их основе заряжаются значительно быстрее существующих литиевых, сохраняют работоспособность при низких температурах и содержат минимум вредных для природы компонентов. При нарушении условий эксплуатации такой аккумулятор не способен возгораться или взрываться.
Три года ушло на создание нового полимера для производства катода батареи с уникальными качествами. Представлено описание этого материала, а также его характеристики и итоги лабораторных тестов. представлены в рецензируемом журнале Chemistry EuropeНесмотря на то что статья появилась несколько месяцев назад, интерес публики к необычной российской разработке возник лишь недавно.
Как объясняетПрофессор кафедры электрохимии СПбГУ Олег Левин, руководитель исследовательской группы, создавшей этот материал, с коллегами занялся разработкой полимерных электродов для литий-ионных аккумуляторов ещё в 2016 году при поддержке Российского научного фонда. Работа позволила понять, что подобные материалы могут использоваться как в защитных слоях обычных батарей, так и выполнять активную роль накопления заряда в перспективных ячейках.
В результате ряда экспериментов российским учёным удалось создать функционирующий образец после удаления нестабильных связей. Это сложный полимер, основу которого составляют длинные цепи комплексов никеля с лигандами («сален»). NiSalenНа микроскопическую нить присоединяются нитроксильные фрагменты — органические радикалы с азотом и кислородом. Фрагменты способны быстро участвовать в окислительно-восстановительных реакциях, то есть запасать или отдавать энергию.
Новые аккумуляторы не используют соединения лития, которые повышают риск возгорания при повреждении, перегреве или коротком замыкании. Ученые из СПбГУ для анода применили распространенные решения на основе графита. В будущем этот элемент тоже можно улучшить, создав более подходящий материал.
В ходе лабораторных испытаний полимер, разработанный российскими специалистами, продемонстрировал высокие результаты. После двух тысяч циклов заряд-разряд сохранил две трети первоначальной емкости. Помимо повышенной безопасности, важным преимуществом является температурная устойчивость. Как утверждает Левин, такая батарея эффективно функционирует без изменения свойств при температуре до минус 40 градусов.
Бесплатно ничто не получается. Благодаря использованию соединений металлов, тяжелее лития, емкость этой ячейки на 30-40% меньше, чем у современных аккумуляторов. Улучшить показатель возможно, но радикальных изменений ждать не стоит — физику и химию обмануть невозможно. Зато этот недостаток компенсируется быстрой скоростью зарядки — вдесятеро быстрее, чем у литий-ионных. Ученые работают над методиками промышленного производства нового полимера, первые результаты можно ожидать через год-два.