Учёные под началом Павла Трошина, профессора Сколтеха, изучили координационные полимеры — малоизвестные вещества в металл-ионных АКБ. Оказалось, что соединения в перспективе пригодны для использования в быстрых процессах «заряда-разряда» с сохранением стабильности без потери ёмкостных свойств.
Основная характеристика, по которой оценивается Li-Ion аккумулятор — скорость заряда или разряда. Среднее значение для существующих элементов хранения энергии эквивалентно часу или более, что накладывает определённые ограничения в использовании. Например, в электромобилестроении. Недостаток связан с тем, что в подобных батареях используется графит — распространённый анодный материал, который с увеличением скорости заряда быстро теряет ёмкость. Для того, чтобы избежать подобных потерь, вещество должно иметь высокую электронную и ионную проводимость.
Как оказалось, открытые свойства координационных полимеров отвечают необходимым требованиям при создании устойчивого к быстрой зарядке-разрядке аккумулятора. Полимерные соединения получают из переходных металлов — никель или медь, используя их ароматические амины и соли. Несмотря на то, что учёным удалось открыть интересные свойства координационных полимеров, вещества по-прежнему остаются малоизученными.
В исследовательской работе учёных Сколтеха и Института проблем химической физики РАН, а также коллег из Университета Кельна и Уральского Федерального Университета, изучались линейные полимеры никеля и меди на основе тетрааминобензола. Изначально, проводимость этих полимеров уступала двухмерным аналогам, но, как выяснилось в последствии, материалы свободно можно применять в качестве аккумуляторных анодов, способных заряжаться и разряжаться менее, чем за минуту, так как при первой разрядке АКБ резко повышается проводимость вещества за счёт легирования литием.
Вещества, из которых состоит анод, оказались крайне устойчивыми и выдерживают 20 000 циклов заряда-разряда, сохраняя при этом около 80% первоначальной ёмкости.
Созданная технология на основе полученных характеристик имеет далеко идущие перспективы, но пока что материалы проходят тесты и испытания. Это своего рода конструктор, в котором без усилий меняются детали, изменяя структуру самого вещества, а вместе с этим и свойства. Исследование открыло возможности для изучения большой области, в которой учёных ждёт ещё много удивительного и перспективного.
Фото к новости: National Cancer Institute/Unsplash.com
