Исследователи из Массачусетского технологического института утверждают, что они создали новый материал, который проложит путь к более быстрой зарядке батарей.
Растущий спрос на улучшенные электрохимические устройства хранения энергии — то есть аккумуляторы — обусловлен широким спектром технологий. Это и электромобили, и муниципальные системы резервного питания, требующие бесперебойной подачи энергии во время временных отключений, и различные другие приложения в сельскохозяйственном, биомедицинском и оборонном секторах.
Более эффективные батареи будут способствовать росту требований к более экологичному и устойчивому будущему.
Однако современные аккумуляторные технологии страдают от нескольких недостатков. Одним из них является длительное время, необходимое для перезарядки батарей. Другая проблема, как отмечается в докладе исследователей Массачусетского технологического института в журнале Joule, заключается в разработке батарей, сочетающих высокую емкость заряда с «длительным сроком службы конденсаторов».
Литий-ионные элементы (ЛИК), объясняют они, являются ведущими электрохимическими устройствами хранения энергии, используемыми сегодня. Они могут похвастаться высокой емкостью заряда, но их время перезарядки оставляет желать лучшего.
В качестве альтернативы были предложены конструкции, в которых использовались обильные и недорогие органические материалы. Но было обнаружено, что они страдают от низкой электропроводности. Другие подходы, в которых использовались модульные конструкции, сочетающие LIC и конденсаторы в конкретных устройствах, оказались слишком сложными и дорогостоящими.
Эти проблемы, по словам аспиранта MIT Тяньяна Чена, автора доклада Joule, «создают сильный стимул для разработки электродных материалов, сочетающих высокую емкость заряда LIC с быстрой зарядкой и длительным сроком службы конденсаторов».
Чен и его команда придумали комбинацию органических материалов, которые могут быть использованы в катодах батарей, где хранится литий в разряженных батареях.
Попытки других ученых использовать органические материалы не увенчались успехом, поскольку они растворялись в электролитах батарей.
«Хотя такие стратегии, как полимеризация и соединение органических молекул с нерастворимыми примесями, могут ограничить растворение электродов, — сказал Чен, — разработка органических материалов, которые сами по себе нерастворимы, но при этом обеспечивают быстрый перенос и хранение заряда, является сложной задачей».
Но материалы, созданные в лабораториях MIT, остаются стабильными, сказал Чен.
«Мы представляем бис-тетрааминобензохинон и его полимерный аналог поли(бис-тетрааминобензохинон) в качестве псевдоемкостных органических материалов» для устройств хранения электрической энергии, сказал он. Они «демонстрируют высокую емкость хранения заряда при высоких скоростях заряда-разряда».
Органические материалы способны хранить 310 миллиампер-часов заряда, что примерно в два раза больше, чем у нынешних катодов литий-ионных батарей.
Время зарядки батареи с этими материалами составляет всего 33 секунды.
По его словам, опора на ионы магния или натрия, имеющиеся в изобилии, а не на менее доступный литий, позволит получить оптимальные результаты при меньших затратах.
