Войти
Indicator.ru

Российские ученые создали быстрозаряжаемые аккумуляторы с высокой емкостью

2305
2
+5
Аккумуляторы
Аккумуляторы.
Источник изображения: Jordan R./Flickr

Исследователи из России показали, что на основе органических материалов и калия можно создавать аккумуляторы, не используя литий и другие редко встречающиеся элементы. Новые устройства высокоемки и охраняют стабильность при быстрой зарядке. Результаты работ опубликованы в журналах Journal of Materials Chemistry A, Journal of Physical Chemistry Letters и Chemical Communications.

Литий-ионные аккумуляторы сейчас широко используются для хранения энергии, в частности, в портативной электронике. Спрос на аккумуляторы стремительно растет, в том числе благодаря быстрому развитию электротранспорта, в разработку которого вкладывается все больше средств. Однако массовое использование литий-ионных аккумуляторов обостряет проблему ограниченности ресурсов, необходимых для их производства. Переходные металлы, такие как кобальт, никель и марганец, сравнительно редки и дорогостоящи, а также токсичны. Литий также не очень распространен. Согласно расчетам Исследовательского центра по энергетической экономике (FFE), нехватка литиевых запасов может стать проблемой уже в ближайшие десятилетия. В последнее время ученые предлагают заменять литий на более распространенные элементы с похожими химическими свойствами, такие как натрий и калий.

Достичь прогресса в этой области удалось ученым из Сколтеха, Института проблем химической физики РАН, РХТУ и УрФУ. Результаты своих работ исследователи представили в трех статьях. Первая из них посвящена полимеру, содержащему гексаазатрифениленовые фрагменты. Материал оказался пригодным как для литиевых, так и для натриевых и калиевых аккумуляторов. Все три типа аккумуляторов можно заряжать примерно за 30–60 секунд, при этом их емкость не падает в течение тысяч заряд-разрядных циклов.

«Одним из плюсов органических материалов является их универсальность, — объясняет первый автор работы, аспирант Сколтеха Роман Капаев. — Механизмы окисления-восстановления органики слабо специфичны к природе противоионов. Это облегчает разработку альтернатив литий-ионным аккумуляторам: можно просто заменить дорожающий сейчас литий на натрий или калий, запасы которых вряд ли иссякнут когда-либо. Для неорганических материалов ситуация гораздо сложнее».

Недостаток полимерного катода на основе гексаазатрифенилена — невысокий рабочий потенциал. Это понижает энергоемкость аккумуляторов. Этого недостатка лишен второй материал, предложенный учеными, — полимер на основе дигидрофеназина, обеспечивающий увеличение среднего рабочего напряжения аккумуляторов с 1,6 до 3,6 вольт.

Значительной проблемой металл-ионных аккумуляторов, в особенности систем с металлическим анодом, является формирование металлических дендритов, которые, прорастая вглубь ячейки, вызывают ее короткое замыкание, которое может сопровождаться возгоранием и даже взрывом. Образования дендритов можно избежать, если использовать вместо чистых щелочных металлов их сплавы, жидкие при температуре работы аккумулятора.

Поэтому в третьей работе авторы использовали в качестве анода калий-натриевый сплав, нанесенный на углеродную бумагу. В качестве катодов они применили разработанные ранее редокс-активные полимеры. Оказалось, что такие аккумуляторы можно заряжать и разряжать менее чем за десять секунд. При этом один из полимерных катодов для калиевых аккумуляторов показал наибольшие энергоемкости, а второй — превосходную стабильность: потеря емкости составила всего 11% после 10 000 заряд-разрядных циклов. Аккумуляторы на основе обоих материалов продемонстрировали также рекордные мощностные характеристики, достигая показателей примерно в 100 000 Вт/кг, что соответствует режиму работы суперконденсаторов.

Права на данный материал принадлежат Indicator.ru
Материал размещён правообладателем в открытом доступе
  • В новости упоминаются
Страны
Компании
Похожие новости
11.10.2019
Роскосмос опроверг перенос запуска "Луны-25"
30.05.2019
В РАН заявили о готовности проекта "Венера-Д" к началу опытно-конструкторских работ
26.01.2018
Ученые выбрали два возможных места посадки для российской станции "Луна-25"
11.10.2017
Окололунную станцию могут оборудовать взлетно-посадочными аппаратами
17.07.2017
Вице-президент РАН: сроки реализации лунной программы сдвинулись ради проекта "ЭкзоМарс"
29.06.2015
Разработчик: запуск российской обсерватории "Спектр-УФ" сдвинулся на 2021 год
23.10.2012
Развалился на орбите
2 комментария
№1
18.11.2019 14:11
ждем скоро во всех мобилках нашей страны и мира
+2
Сообщить
№2
18.11.2019 15:26
Ждём в качестве "гильз" для бластеров :)
Какая там плотность по сравнению с современными литиевыми аккумуляторами?
В подлодках, самоуправляемых самолётах, автомобилях тоже ждём :)
+2
Сообщить
Хотите оставить комментарий? Зарегистрируйтесь и/или Войдите и общайтесь!
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ
Ежедневная рассылка новостей ВПК на электронный почтовый ящик
  • Разделы новостей
  • Обсуждаемое
    Обновить
  • 07.12 21:59
  • 3
Дальняя в действии: какие цели поразили ВС России на Украине
  • 07.12 21:58
  • 39362
США отреагировали на начало российских военных маневров у границ Украины
  • 07.12 19:04
  • 2
Тыловые аэродромы России требуют усиления защиты
  • 07.12 16:21
  • 3
Опубликованы кадры уничтожения украинских С-300 беспилотниками «Ланцет»
  • 07.12 14:56
  • 10
ВВС США и Northrop Grumman представят новый стратегический бомбардировщик B-21 Raider 2 декабря
  • 07.12 14:24
  • 1
МО РФ: на украинских предприятиях ОПК после российского удара прекратили выпуск вооружения
  • 07.12 14:23
  • 2
СМИ: удар по аэродрому в Энгельсе координировала американская компания
  • 07.12 14:23
  • 1
Мишустин поручил наращивать темпы обеспечения российской армии
  • 07.12 11:43
  • 1
В Варшаве сообщили об использовании ВСУ переданных Польшей советских ЗРК "Нева"
  • 06.12 19:27
  • 3
В Киеве обещают до конца года принять на вооружение новый дрон-камикадзе, разработанный как ответ российским «Гераням»
  • 06.12 16:26
  • 1
Михаил Дегтярев: трудности преодолеваем благодаря трудолюбию наших людей - Интервью ТАСС
  • 06.12 16:23
  • 1
Путин подписал закон о приостановке госслужбы в связи с призывом по мобилизации
  • 06.12 16:23
  • 2
Президент России расширил антикартельные полномочия ФАС
  • 06.12 15:41
  • 0
Украина находится на грани коллапса, а «партнеры» Зеленского обещают еще больше оружия
  • 06.12 14:26
  • 2
Военкор Сладков предлагает объявить «партийный призыв» в силовые ведомства для усиления борьбы с украинской агентурой