Forskere finder en måde at skabe lang levetid, hurtigopladelige batterier

En gruppe forskere under ledelse af Skoltech -professor Pavel Troshin undersøgte koordineringspolymerer, en klasse af forbindelser, der næsten ikke er undersøgt i metalionbatterier, og demonstrerede deres mulige fremtidige anvendelse i energilagringsenheder med en høj opladnings-/afladningshastighed og stabilitet. Resultaterne af deres undersøgelse blev offentliggjort i tidsskriftet Kemi af materialer .

Opladnings-/afladningshastigheden er en af ​​de vigtigste egenskaber ved lithium-ion-batterier. De fleste moderne kommercielle batterier har brug for mindst en time for at blive fuldt opladet, hvilket bestemt begrænser omfanget af deres anvendelse, i særdeleshed, til elbiler. Problemet med aktive materialer, såsom det mest populære anodemateriale, grafit, er, at deres kapacitet falder betydeligt, efterhånden som deres opladningshastighed stiger. For at bevare batterikapaciteten ved høje opladningshastigheder, de aktive elektrodematerialer skal have høj elektronisk og ionisk ledningsevne, hvilket er tilfældet med de nyopdagede koordinationspolymerer, der er afledt af aromatiske aminer og salte af overgangsmetaller, såsom nikkel eller kobber. Selvom disse forbindelser holder et stort løfte, deres anvendelse i lithium-ion-batterier forbliver stort set uudforsket.

En nylig undersøgelse foretaget af en gruppe forskere fra Skoltech og Institute for Problems of Chemical Physics of RAS ledet af professor P. Troshin i samarbejde med universitetet i Köln (Tyskland) og Ural Federal University, fokuseret på tetraaminobensen-baserede lineære polymerer af nikkel og kobber. Selvom de lineære polymerer udviste meget lavere indledende elektronisk ledningsevne sammenlignet med deres todimensionale modparter, det viste sig, at de kan bruges som anodematerialer, der oplades/aflades på mindre end et minut, fordi deres ledningsevne stiger dramatisk efter den første udladning på grund af lithiumdoping.

Derudover det viste sig, at disse anodematerialer har fremragende stabilitet ved høje opladnings-/afladningshastigheder:det viste sig at beholde op til 79% af deres maksimale kapacitet efter så mange som 20, 000 opladnings-afladningscyklusser.

Desuden, det blev opdaget, at kobberbaserede polymerer kan bruges både som anode og katodematerialer med høj kapacitet. Forfatterne påpeger, at der er rig mulighed for strukturoptimering, selvom katoden endnu ikke kan fungere på en stabil måde. "Der er mange metoder til at finjustere egenskaberne ved koordineringspolymerer, "forklarer den første forfatter af undersøgelsen og Skoltech Ph.D. -studerende, Roman Kapaev. "Faktisk beskæftiger vi os her med en slags byggesæt, hvor delene let kan ændres eller udskiftes. Vi kan ændre både aminstrukturen og overgangsmetalkationen, og ved at gøre det, øge kapaciteten, øge eller reducere redoxpotentialet, forbedre stabiliteten og forskellige andre præstationer. Denne banebrydende undersøgelse berører et omfattende forskningsområde, hvilken, Jeg er sikker, har endnu meget at afsløre. "