Литий-ионные батареи имеют ограничения по емкости, характеризуются низкой долговечностью и медленной зарядкой. Возможная альтернатива — органические энергоаккумуляторы, такие как накопители на основе хиноновых соединений. Они способны эффективно накапливать и отдавать энергию с помощью обратимых окислительно-восстановительных процессов, говорится на официальном сайте Десятилетия науки и технологий в России.
Ученые из Санкт-Петербургского государственного университета разработали доступный и эффективный способ получения композитного материала на основе гидрохинона и проводящего полимера полиэтилендииноксидтиофена. Метод основан на прямой электрохимической сополимеризации. Сначала ученые объединили исходные компоненты — мономеры 3,4-элендиокситиофен и гидрохинон — в органическом растворителе. Под воздействием переменного электрического импульса на электроде инициировалась реакция полимеризации, результатом которой стал синтезированный сополимер.
Для оценки способности материала аккумулировать электрический заряд были проведены электрохимические тесты в кислой среде. Результаты показали, что удельная емкость сополимера составляет от 85 до 112 миллиампер-час на каждый грамм вещества. Материал сохранил 72% первоначальной емкости после 100 циклов заряда-разряда и 65% после 200 циклов.
Подобные характеристики сопоставимы с показателями большинства современных органических материалов на ранних стадиях исследований. Они подтверждают перспективность использования сополимера для производства высокоэффективных электродов. Для сравнения: литий-ионные аккумуляторы смартфонов сохраняют около 80% своей начальной емкости спустя 300−500 циклов эксплуатации. Поскольку тестирование сополимера проходило исключительно в лабораторных условиях без учета оптимизаций структуры полноценной аккумуляторной батареи, существует потенциал дальнейшего улучшения характеристик материала.
Авторы исследования установили, что в полученном сополимере процессы накопления и высвобождения электрического заряда, обусловленные фрагментами гидрохинона, протекают с эффективностью, достигающей 99%. Таким образом, почти весь объем электроэнергии, затраченной на зарядку (окисление), успешно восстанавливается при последующей разрядке материала.
«Созданный материал может использоваться в водных органических батареях и тем самым снизить зависимость от дорогих и экологически вредных неорганических материалов, таких как свинец и кобальт. Это открывает перспективы для создания доступных и устойчивых решений для хранения энергии, что важно для перехода к зеленой энергетике и снижения углеродного следа», — заключает руководитель проекта Олег Левин, доктор химических наук, профессор кафедры электрохимии Санкт-Петербургского государственного университета.
Ранее в России представили гусеничного робота-бульдозера. Рассказали, зачем он нужен.
