Устройства для хранения энергии находят все более широкое применение в современном мире, что подчеркивает необходимость внедрения надежных, экономичных и экологически безопасных технологий аккумуляторов, чтобы их было просто создавать и утилизировать. Одно из наиболее перспективных решений этой задачи — аккумуляторы, основанные на органических материалах. Они обладают большой удельной емкостью, долгим сроком службы и способностью к быстрому заряду, но плохо исследованы и требуют дальнейшей разработки.
Для решения этой проблемы исследователи Сколтеха предложили простой редокс-активный полиимид, синтезируемый путем нагрева смеси двух доступных компонентов — ароматического диангидрида и мета-фенилендиамина. Материал показал привлекательные свойства в различных системах хранения энергии, таких как литиевые, натриевые и калиевые аккумуляторы, и имеет такие характеристики:
- высокая удельная емкостью (до ~140 мАч/г);
- относительно высокие электрохимические потенциалы;
- сохранение стабильности при циклировании (до 1000 циклов);
- способность к быстрому заряду (менее чем за 1 минуту).
«Главные преимущества нового материала — дешевизна, простота получения и переработки, а также нулевое содержание редких и небезопасных элементов, — уточняет представитель Сколтеха в разговоре с Hi-Tech Mail.ru. — Хотя по энергоемкости предложенный полимер уступает материалам, используемым в аккумуляторах смартфонов, он может быть привлекательным для применения в недорогих аккумуляторах, для которых вопрос компактности стоит не так остро. Это могут быть устройства для стационарного хранения энергии, например, от солнечных батарей или ветряков».
По показателям удельной энергоемкости и мощности материал превзошел ранее исследованный изомер — пара-фенилендиамин. С участием специалистов Института проблем химической физики РАН было показано, что улучшение свойств объясняется двумя причинами. Во-первых, новый материал имеет меньший размер частиц и заметно более высокую удельную площадь поверхности, что облегчает процесс диффузии носителей заряда. Во-вторых, пространственное расположение соседних имидных звеньев в полимере обеспечивает более энергетически выгодное взаимодействие с ионами металлов, что приводит к повышению потенциалов.
Посмотрите на лучшие технические изобретения 2020 года по версии Time:
Это тоже интересно:
