Pesquisadores do Skoltech Center for Energy Science and Technology, IPCP RAS e D.I. A Universidade de Tecnologia Química de Mendeleev projetou um novo material de cátodo de polímero para baterias ultrarrápidas de íons de metal com características superiores. Os resultados deste trabalho foram publicados no Journal of Material Chemistry A .

Nas décadas recentes, o consumo mundial de energia tem aumentado significativamente devido ao crescimento populacional, industrialização e desenvolvimento de uma grande variedade de eletrodomésticos e eletrônicos, com um aumento particular no número de dispositivos móveis e veículos elétricos. Há, portanto, uma necessidade urgente de desenvolver tecnologias e dispositivos de armazenamento eletroquímico de energia capazes de armazenar quantidades suficientes de energia e liberá-la rapidamente sob demanda. Apesar do fato de que as baterias de íon-lítio baseadas em óxidos e fosfatos em camadas inorgânicas dominam o mercado, melhorar ainda mais seu desempenho é um desafio, uma vez que são compostos de elementos pesados ​​que restringem a capacidade alcançável.

Este problema pode ser resolvido pela aplicação de compostos orgânicos como materiais catódicos. Os cátodos orgânicos oferecem vantagens como alta densidade de energia, capacidade impressionante de taxa de carga / descarga e boa resistência a fortes deformações mecânicas. Outra vantagem importante é a compatibilidade com o meio ambiente, uma vez que os materiais orgânicos são compostos apenas de elementos naturalmente abundantes (C, H, N, O, S) e podem ser obtidos a partir de recursos renováveis. Na ausência de metais pesados, sua reciclagem pode ser feita da mesma forma que para o lixo doméstico comum, por exemplo. plástico para alimentos. Além disso, o uso de cátodos orgânicos permite substituir caros sais de lítio no eletrólito por análogos de sódio e potássio muito mais baratos.

Dentre os inúmeros projetos da equipe de pesquisa do Professor Pavel Troshin, atenção especial é dada ao design de novos compostos do tipo polifenilamina, que representam uma das famílias mais promissoras de materiais catódicos orgânicos para baterias de íons metálicos.

"Os materiais catódicos baseados em politrifenilamina e seus análogos descritos na literatura demonstram características bastante notáveis ​​em baterias de íons metálicos. Em particular, eles demonstram altos potenciais de descarga, boa estabilidade de ciclismo, e pode operar em altas taxas de carga / descarga. Contudo, as baixas capacidades específicas limitam a comercialização deste grupo de materiais. Portanto, concentramos nossos esforços no projeto molecular e na síntese de um novo grupo de macromoléculas, que potencialmente pode fornecer uma densidade de energia mais alta. De fato, um dos materiais projetados demonstrou um excelente desempenho enquanto carregado e descarregado nas taxas atuais de até 200C (carga total e descarga leva apenas 18 segundos, Nota do editor). É importante que além do lítio, também tivemos sucesso na montagem de baterias de íons de sódio e potássio com base no mesmo material, "diz o primeiro autor do trabalho publicado, Skoltech Ph.D. aluna, Filipp Obrezkov.

Assim, os resultados obtidos confirmam um potencial significativo do uso de compostos orgânicos como cátodos para baterias ultra-rápidas de íons metálicos. O desenvolvimento deste projeto pode resultar no desenvolvimento de uma nova geração de materiais de bateria com capacidade específica ainda maior e densidade de energia alcançável em altas densidades de corrente, que são urgentemente necessários para satisfazer a demanda atual e futura no mercado de dispositivos portáteis e veículos elétricos.