Войти
Indicator.ru

Российские ученые создали быстрозаряжаемые аккумуляторы с высокой емкостью

1926
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
16.04.2020
Российско-европейский зонд TGO возобновил исследование Марса, приостановленное из-за коронавируса
03.02.2020
Роскосмос поручил сформировать программу исследования Венеры
02.10.2019
Минобрнауки предложило создать центр мирового уровня по космическим исследованиям
11.10.2017
Окололунную станцию могут оборудовать взлетно-посадочными аппаратами
24.06.2015
Российские ученые в 2015 году испытают беспилотник с продолжительностью полета до 45 часов
15.09.2008
Россия теснит США
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!
  • Разделы новостей
  • Обсуждаемое
  • 11.07 03:14
  • 305
Доездился: Илону Маску грозит финансовый крах
  • 11.07 01:34
  • 2
«Ангару» назвали лучшей в мире и уступающей только ракете Илона Маска
  • 11.07 01:30
  • 10
Госорганы должны согласовать планы замены иностранного ПО до 2024 года
  • 11.07 01:24
  • 143
В США предложили России вместо «Ангары» летать на батуте
  • 10.07 21:22
  • 15
Война, в которой нельзя проиграть
  • 10.07 21:18
  • 2
Морпехи получат новые корабли
  • 10.07 21:08
  • 14
Киев собирается развернуть американские ПТРК «Джавелин» на Донбассе
  • 10.07 21:08
  • 11
«Сделано во Вьетнаме»: Народная армия переходит на новое стрелковое оружие
  • 10.07 20:59
  • 29
"Зальет все свинцом": каким будет новый пулемет для российской армии
  • 10.07 20:36
  • 1
"Сложная машина": США получили замену российским двигателям
  • 10.07 20:24
  • 1
«Роскосмос» заинтересовался полетами на Crew Dragon
  • 10.07 19:56
  • 1
Ракета Falcon 9 вывела на орбиту спутник GPS III для ВВС США
  • 10.07 18:44
  • 1
Построен новый Ту-214 для СЛО
  • 10.07 18:11
  • 6
Аптечки АИ-1 и АИ-2 - как символ эпохи Холодной войны
  • 10.07 17:09
  • 13
Силы специальных операций США получат перспективные 6,8-мм системы стрелкового оружия NGSW