Исследователи из Массачусетского технологического института говорят, что они создали новый материал, который проложит путь к более быстрой зарядке аккумуляторов.
Растущий спрос на улучшенные электрохимические накопители энергии, то есть батареи, обусловлен широким спектром технологий. Сюда входят электромобили , муниципальные системы резервного питания, которым требуется бесперебойное питание во время временных отключений, и различные другие приложения в сельскохозяйственном, биомедицинском и оборонном секторах.
Более эффективные батареи будут способствовать повышению требований к более экологичному и устойчивому будущему.
Но современная аккумуляторная технология имеет несколько недостатков. Одним из них является время, необходимое для перезарядки аккумуляторов. Еще одна проблема, как отмечается в отчете исследователей Массачусетского технологического института в журнале Joule , заключается в разработке аккумуляторов, которые сочетают в себе высокую емкость заряда с «длительным сроком службы конденсаторов».
Они объясняют, что литий-ионные элементы (LIC) являются ведущими электрохимическими накопителями энергии, используемыми сегодня. Они могут похвастаться высокой емкостью заряда, но им не хватает времени перезарядки.
В качестве альтернативы были предложены конструкции, включающие большое количество недорогих органических материалов. Но было обнаружено, что они страдают от пониженной электропроводности. Другие подходы, в которых использовались модульные конструкции, объединяющие LIC и конденсаторы в конкретных устройствах, оказались чрезмерно сложными и дорогостоящими.
Эти проблемы, по словам аспиранта Массачусетского технологического института Тяньяна Чена, автора отчета Джоуля , «создают сильный стимул для разработки электродных материалов , которые сочетают в себе высокую зарядную емкость LIC с быстрой зарядкой и длительным сроком службы конденсаторов».
Чен и его команда придумали комбинацию органических материалов, которую можно использовать в катодах батарей, где литий хранится в разряженных батареях.
Попытки других использовать органические материалы не увенчались успехом, потому что они растворялись в электролитах батареи.
«Хотя такие стратегии, как полимеризация и соединение органических молекул с нерастворимыми добавками, могут ограничить растворение электродов, — сказал Чен, — разработка органических материалов, которые сами по себе нерастворимы, но при этом позволяют быстро транспортировать и хранить заряд, затруднена».
Но материалы, созданные в лабораториях Массачусетского технологического института, остаются стабильными, сказал Чен.
«Мы сообщаем о бис-тетрааминобензохиноне и его полимерном аналоге поли(бис-тетрааминобензохиноне) как о псевдоемкостных органических материалах» для устройств хранения электроэнергии, — сказал он. Они «демонстрируют высокую емкость хранения заряда при высоких скоростях заряда-разряда».
Органические материалы способны накапливать 310 миллиампер-часов заряда, что примерно вдвое превышает емкость нынешних катодов литий-ионных аккумуляторов.
Время зарядки аккумулятора из этих материалов составляет 33 секунды.
По его словам, использование большого количества ионов магния или натрия , а не менее доступного лития, даст оптимальные результаты при меньших затратах.
Теги: батарея
