Investigadores del Centro Skoltech de Ciencia y Tecnología de la Energía, IPCP RAS y D.I. La Universidad de Tecnología Química de Mendeleev ha diseñado un nuevo material de cátodo de polímero para baterías de iones de metal ultrarrápidas con características superiores. Los resultados de este trabajo fueron publicados en el Revista de química de materiales A .

En décadas recientes, el consumo mundial de energía ha aumentado significativamente debido al crecimiento de la población, industrialización y desarrollo de una gran variedad de electrodomésticos y electrónica, con un aumento particular en el número de dispositivos móviles y vehículos eléctricos. Por lo tanto, existe una necesidad urgente de desarrollar tecnologías y dispositivos de almacenamiento de energía electroquímica capaces de almacenar cantidades suficientes de energía y liberarla rápidamente según se requiera. A pesar de que las baterías de iones de litio basadas en óxidos y fosfatos inorgánicos en capas dominan el mercado, mejorar aún más su rendimiento es un desafío, ya que están compuestos de elementos pesados ​​que restringen la capacidad alcanzable.

Este problema puede resolverse mediante la aplicación de compuestos orgánicos como materiales catódicos. Los cátodos orgánicos ofrecen ventajas tales como alta densidad de energía, impresionante capacidad de velocidad de carga / descarga y buena resistencia a fuertes deformaciones mecánicas. Otra ventaja importante es su respeto al medio ambiente, dado que los materiales orgánicos se componen únicamente de elementos naturalmente abundantes (C, H NORTE, Oh S) y se puede obtener a partir de recursos renovables. En ausencia de metales pesados, su reciclaje puede realizarse de la misma manera que para los residuos domésticos comunes, p.ej. plástico para alimentos. Es más, el uso de cátodos orgánicos permite reemplazar las costosas sales de litio en el electrolito con análogos de sodio y potasio mucho más baratos.

Entre los numerosos proyectos del equipo de investigación del profesor Pavel Troshin, se presta especial atención al diseño de nuevos compuestos de tipo polifenilamina, que representan una de las familias más prometedoras de materiales de cátodos orgánicos para baterías de iones metálicos.

"Los materiales catódicos basados ​​en politrifenilamina y sus análogos descritos en la literatura demuestran características bastante sobresalientes en las baterías de iones metálicos. En particular, Demuestran un alto potencial de descarga. buena estabilidad en bicicleta, y puede operar a altas tasas de carga / descarga. Sin embargo, las bajas capacidades específicas limitan la comercialización de este grupo de materiales. Por lo tanto, centramos nuestros esfuerzos en el diseño molecular y la síntesis de un nuevo grupo de macromoléculas, que potencialmente puede generar una mayor densidad de energía. En efecto, Uno de los materiales diseñados demostró un rendimiento excelente mientras se carga y descarga a velocidades de corriente de hasta 200 ° C (la carga y descarga completas solo toma 18 segundos, Nota del editor). Es importante que además del litio, también logramos ensamblar baterías de iones de sodio y potasio basadas en el mismo material, "dice el primer autor del trabajo publicado, Skoltech Ph.D. estudiante, Filipp Obrezkov.

Por lo tanto, Los resultados obtenidos confirman un potencial significativo del uso de compuestos orgánicos como cátodos para baterías ultrarrápidas de iones metálicos. Un mayor desarrollo de este proyecto puede resultar en el desarrollo de una nueva generación de materiales de batería con una capacidad específica y una densidad de energía aún mayores que se pueden lograr a altas densidades de corriente. que se necesitan con urgencia para satisfacer la demanda actual y futura del mercado de dispositivos portátiles y vehículos eléctricos.