Войти
Indicator.ru

Российские ученые создали быстрозаряжаемые аккумуляторы с высокой емкостью

2803
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
2 комментария
№1
18.11.2019 11:11
ждем скоро во всех мобилках нашей страны и мира
+2
Сообщить
№2
18.11.2019 12:26
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
  • 13.09 09:49
  • 139
МС-21 готовится к первому полету
  • 13.09 02:52
  • 0
Комментарий к "«Мы едины»: генсек НАТО Рютте пообещал ещё больше сделать для Украины"
  • 13.09 02:21
  • 0
Комментарий к "«Patriot — не волшебная палочка». В чем проблема украинской ПВО?"
  • 12.09 23:05
  • 23
Оффлайн нейросеть без цензуры на личном ПК или ноутбуке
  • 12.09 18:21
  • 0
О сравнении "Ясеня-М" (проект 885М) с "Щукой-Б" (проект 971)
  • 12.09 15:45
  • 0
По поводу "Лучше бы на эти деньги построили 5 новых фрегатов пр. 22350 стоимостью по 500 млн. долл."
  • 12.09 08:14
  • 3
«Возникает ассоциация с «Бисмарком»: западная оценка крейсера «Адмирал Нахимов»
  • 12.09 07:54
  • 4
Вперёд, в прошлое! Дряхлые Ан-28 заменят так и не вылезший из пеленок "Байкал"
  • 12.09 05:21
  • 3
Комментарий к "Стремительная модернизация российского атомного подводного флота насторожила НАТО (Military Watch Magazine, США)"
  • 11.09 21:31
  • 1
Россия представила новую партию истребителей с самой большой дальностью полета в мире: темпы расширения парка Су-34 ускоряются (Military Watch Magazine, США)
  • 11.09 19:55
  • 2
Вторая жизнь «Осы»: на Украине создали замену заканчивающимся советским ракетам
  • 11.09 14:22
  • 0
Комментарий к "Специальная военная операция закончилась в 2024 году, а мы и не заметили."
  • 11.09 08:15
  • 3
В России назвали четыре сценария СВО
  • 11.09 04:48
  • 1
К Новому году российские операторы дронов продегустируют русский Starlink
  • 11.09 04:18
  • 1
Российский производитель поставит в Индию более 100 самолётов Ил-114-300