Un grupo de investigadores dirigido por el profesor de Skoltech Pavel Troshin estudió los polímeros de coordinación, una clase de compuestos con aplicaciones escasamente exploradas en baterías de iones metálicos, y demostraron su posible uso futuro en dispositivos de almacenamiento de energía con una alta tasa de carga / descarga y estabilidad. Los resultados de su estudio fueron publicados en la revista Química de Materiales .

La tasa de carga / descarga es una de las características clave de las baterías de iones de litio. La mayoría de las baterías comerciales modernas necesitan al menos una hora para cargarse por completo. lo que ciertamente limita el alcance de su aplicación, en particular, para vehículos eléctricos. El problema con los materiales activos, como el material de ánodo más popular, grafito, es que su capacidad decae significativamente, a medida que aumenta su tasa de carga. Para retener la capacidad de la batería a altas tasas de carga, los materiales de los electrodos activos deben tener una alta conductividad electrónica e iónica, que es el caso de los polímeros de coordinación recientemente descubiertos que se derivan de aminas aromáticas y sales de metales de transición, como el níquel o el cobre. Aunque estos compuestos son muy prometedores, su aplicación en baterías de iones de litio permanece prácticamente inexplorada.

Un estudio reciente realizado por un grupo de científicos de Skoltech y el Instituto de Problemas de Física Química de RAS dirigido por el profesor P. Troshin en colaboración con la Universidad de Colonia (Alemania) y la Universidad Federal de los Urales, se centró en polímeros lineales de níquel y cobre a base de tetraaminobenceno. Aunque los polímeros lineales exhibieron una conductividad electrónica inicial mucho más baja en comparación con sus contrapartes bidimensionales, trascendió que se pueden utilizar como materiales de ánodo que se cargan / descargan en menos de un minuto, porque su conductividad aumenta drásticamente después de la primera descarga debido al dopaje con litio.

Adicionalmente, Se encontró que estos materiales de ánodo tienen una excelente estabilidad a altas tasas de carga / descarga:se demostró que retienen hasta el 79% de su capacidad máxima después de 20, 000 ciclos de carga-descarga.

Es más, Se descubrió que los polímeros a base de cobre se pueden usar como materiales de ánodo y cátodo de alta capacidad. Los autores señalan que hay muchas oportunidades para la optimización de la estructura, aunque el cátodo todavía no puede funcionar de manera estable. "Hay muchos métodos para ajustar las características de los polímeros de coordinación, "explica el primer autor del estudio y estudiante de doctorado de Skoltech, Roman Kapaev. "En realidad, aquí tratamos con una especie de kit de construcción en el que las piezas se pueden cambiar o reemplazar fácilmente. Podemos modificar tanto la estructura de la amina como el catión del metal de transición, y al hacerlo, aumentar la capacidad, aumentar o disminuir el potencial redox, mejorar la estabilidad y varias otras actuaciones. Este estudio pionero toca una extensa área de investigación, cuales, Estoy seguro, todavía tiene mucho que revelar ".