Um grupo de pesquisadores liderado pelo professor Skoltech Pavel Troshin estudou polímeros de coordenação, uma classe de compostos com aplicações pouco exploradas em baterias de íons metálicos, e demonstrou seu possível uso futuro em dispositivos de armazenamento de energia com uma alta taxa de carga / descarga e estabilidade. Os resultados de seu estudo foram publicados na revista Química de Materiais .

A taxa de carga / descarga é uma das principais características das baterias de íons de lítio. A maioria das baterias comerciais modernas precisa de pelo menos uma hora para ficar totalmente carregada, o que certamente limita o escopo de sua aplicação, em particular, para veículos elétricos. O problema com materiais ativos, como o material de ânodo mais popular, grafite, é que sua capacidade diminui significativamente, à medida que sua taxa de cobrança aumenta. Para manter a capacidade da bateria em altas taxas de carregamento, os materiais do eletrodo ativo devem ter alta condutividade eletrônica e iônica, que é o caso com os polímeros de coordenação recém-descobertos que são derivados de aminas aromáticas e sais de metais de transição, como níquel ou cobre. Embora esses compostos sejam uma grande promessa, sua aplicação em baterias de íon-lítio permanece virtualmente inexplorada.

Um estudo recente realizado por um grupo de cientistas da Skoltech e do Instituto de Problemas de Física Química de RAS liderado pelo Professor P. Troshin em colaboração com a Universidade de Colônia (Alemanha) e a Universidade Federal de Ural, focada em polímeros lineares de níquel e cobre à base de tetraaminobenzeno. Embora os polímeros lineares exibissem condutividade eletrônica inicial muito mais baixa em comparação com suas contrapartes bidimensionais, constatou-se que eles podem ser usados ​​como materiais anódicos que são carregados / descarregados em menos de um minuto, porque sua condutividade aumenta dramaticamente após a primeira descarga devido ao dopagem com lítio.

Adicionalmente, verificou-se que esses materiais de ânodo têm excelente estabilidade em altas taxas de carga / descarga:eles demonstraram reter até 79% de sua capacidade máxima após até 20, 000 ciclos de carga e descarga.

Além disso, descobriu-se que os polímeros à base de cobre podem ser usados ​​tanto como anodo quanto como materiais catódicos de alta capacidade. Os autores apontam que há muitas oportunidades para otimização da estrutura, mesmo que o cátodo ainda não possa operar de maneira estável. "Existem muitos métodos para ajustar as características dos polímeros de coordenação, "explica o primeiro autor do estudo e aluno de doutorado da Skoltech, Roman Kapaev. “Na verdade, lidamos aqui com uma espécie de kit de construção onde as peças podem ser facilmente trocadas ou substituídas. Podemos modificar tanto a estrutura da amina quanto o cátion do metal de transição, e fazendo isso, aumentar a capacidade, aumentar ou diminuir o potencial redox, melhorar a estabilidade e vários outros desempenhos. Este estudo pioneiro abrange uma extensa área de pesquisa, que, Tenho certeza, ainda tem muito a revelar. "