Разработка нового полимера, из которого можно сделать катод батареи с такими заманчивыми свойствами, заняла три года. Описание этого соединения, его характеристики и результаты лабораторных испытаний представлены в рецензируемом журнале Chemistry Europe. Статья вышла несколько месяцев назад, но по каким-то причинам публика заметила любопытную отечественную разработку только сейчас.
Как объясняет руководитель исследовательской группы, создавшей этот материал, профессор кафедры электрохимии СПбГУ Олег Левин, идея зародилась еще в 2016 году. Он с коллегами занялся созданием перспективных полимерных электродов для литийионных аккумуляторов при поддержке Российского научного фонда. Результатом работы стало понимание, что у подобных материалов есть два направления развития: они могут как служить в защитных слоях обычных батарей, так и выполнять активную электрозапасающую роль в перспективных ячейках.
Демонстрация новых материалов и батарей на их основе на кафедре электрохимии СПбГУ / ©пресс-служба СПбГУДемонстрация новых материалов и батарей на их основе на кафедре электрохимии СПбГУ / ©пресс-служба СПбГУ
После отсева нестабильных соединений во время ряда экспериментов у российских ученых получился работоспособный вариант. Это сложный полимер, основой которого служит длинная цепь комплексов никеля с лигандами («сален», NiSalen). На микроскопическую нить прикрепляются нитроксильные фрагменты — органические радикалы, содержащие азот и кислород. Они способны быстро участвовать в окислительно-восстановительных реакциях, то есть запасать или отдавать энергию.
Таким образом, в новых аккумуляторах не используют соединения лития, ответственные за высокий риск возгорания батареи при физическом повреждении, перегреве или коротком замыкании. В качестве анода ученые из СПбГУ применили распространенные решения на основе графита. Но в дальнейшем и этот элемент можно улучшить, создав более оптимальный материал.
В лабораторных испытаниях созданный отечественными специалистами полимер показал себя впечатляюще. После двух тысяч циклов заряда-разряда он сохранил две третьих своей первоначальной емкости. Одно из ключевых достоинств новинки, помимо повышенной безопасности, — температурная устойчивость. Как утверждает Левин, такая батарея отлично работает без изменения своих свойств до минус 40 градусов.
[shesht-info-block number=1]
Естественно, ничего не получается бесплатно. Поскольку используются соединения металлов тяжелее лития, удельная емкость этой ячейки на 30-40% ниже, чем у современных аккумуляторов. Увеличить показатель возможно, однако радикальных улучшений ждать не стоит — химию с физикой не обманешь. С другой стороны, этот недостаток с лихвой компенсируется быстрой скоростью зарядки — вдесятеро быстрее, чем у литийионных. Сейчас ученые работают над созданием методик промышленного производства нового полимера, первых результатов можно ждать в течение года-двух.
