Ученые из Сколтеха, ИПХФ РАН и РХТУ создали новый полимерный катодный материал на основе политрифениламина, который может быть использован при создании быстрозаряжаемых металл-ионных аккумуляторов нового поколения.

Результаты исследований опубликованы в Journal of Material Chemistry A.

«Катодные материалы на основе политрифениламина и его аналогов, описанные в литературе, обладают потрясающими рабочими характеристиками в металл-ионных аккумуляторах. В частности, они демонстрируют высокий потенциал разряда, хорошую стабильность при циклировании, а также способны работать при больших скоростях заряда/разряда», — приводятся в пресс-релизе, поступившем в редакцию Indicator.Ru, слова одного из соавторов статьи, аспиранта Сколтеха Филиппа Обрезкова.

Несмотря на то, что литий-ионные аккумуляторы на основе неорганических материалов занимают доминирующее положение на рынке, дальнейшее улучшение их рабочих характеристик затруднено, так как в их составе используются тяжелые элементы, ограничивающие удельные электрохимические емкости материалов.

Решить проблему можно путем применения в качестве материалов для катодов органических соединений на основе легких элементов – углерода, гелия, азота, кислорода, серы. Среди их плюсов по сравнению с неорганическими материалами можно выделить высокую удельную энергоемкость, высокие скорости зарядки и разрядки, устойчивость к механическим деформациям, а также высокую экологичность — переработать их можно так же, как и обычный бытовой пластик. Более того, использование органических катодов позволяет полностью отказаться от использования дорогостоящих соединений лития, заменив их на дешевые соли натрия и калия.

Исследователям удалось создать новый катодный материал на основе соединения полифениламинового ряда — поли-N,N′-дифенил-p-фенилендиамин (PDPPD).

«Низкая удельная емкость известных полимеров данной группы ограничивает их коммерциализацию. Поэтому нами была поставлена задача смоделировать и исследовать новые макромолекулы, потенциально обладающие более высокой энергоемкостью. Созданный нами новый материал продемонстрировал превосходные характеристики при плотностях тока до 200 А/м², (полный заряд и разряд аккумулятора происходит всего за 18 секунд). Немаловажным является также и тот факт, что помимо литиевых аккумуляторов нам удалось собрать также перспективные натрий- и калий-ионные ячейки на их основе», – отметил Обрезков.