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俄罗斯科学家研新型材料 18秒让电池完成充放电

俄罗斯斯科尔科沃理工学院能源科技中心(Skoltech Center for Energy Science and Technology)、俄罗斯RAS化学物理问题研究中心(IPCP RAS)以及俄罗斯门捷列夫化工大学(D.I. Mendeleev University of Chemical Technology)的研究人员设计出一种新型聚合物阴极材料,可实现性能优越的超快金属离子电池。

近几十年来,由于人口增长、工业化以及各种家用电器和电子设备的不断发展,特别是移动设备和电动汽车数量的不断增加,世界能源消耗量也显著增加。因此,迫切需要研发电化学储能技术和设备,使其能够存储足够的能量并能够根据需要迅速释放。尽管由无机层状氧化物和磷酸盐制成的锂离子电池在市场上占主导地位,但由于其是由容量有限的重元素所制成,因而进一步提升其性能非常具有挑战性。

俄罗斯科学家研新型材料 18秒让电池完成充放电

而利用有机化合物做锂离子电池的阴极材料就可解决该问题。有机阴极具有能量密度高、充放电速度快、抗机械变形能力强等优点,此外,有机阴极还非常环保,因为有机材料只由丰富的自然元素(碳、氢、氮、氧、硫)组成,可从可再生资源中获得。此外,由于不含重金属,此类材料可像回收利用食品塑料等普通家庭垃圾一样被回收再利用。而且,使用有机阴极就可将电解质中昂贵的锂盐用更便宜的类似钠和钾的物品取代。

在Pavel Troshin教授研究小组进行的多个项目中,研究人员特别关注的是设计新型聚三苯胺类化合物,此化合物是金属离子电池有机阴极材料家族中最有前景的一种。

斯科尔科沃理工学院博士生Filipp Obrezkov表示:“基于聚三苯胺及其类似物的阴极材料在金属离子电池中表现出相当突出的特性,特别是表现出高放电潜力、良好的循环稳定性,并可在高充放电率下运行。但是,容量低限制了该类材料的商业化。因此,我们将重点放在分子设计和合成一组新的大分子上,此类分子能够提供更高的能量密度。而且其中设计的一种材料展示了非常好的性能,电池充放电时电流高达200C(只需18秒可完全完成充放电)。重要的是,除了用于锂电池,我们还使用相同的材料合成了钠离子电池和钾离子电池。”

因此,研究结果证实了有机化合物做超快金属离子电池阴极的巨大潜力。今后,该项目可能会研发出容量和能量密度更高、电流密度更高的新一代电池材料,这也是目前和未来的便携式设备和电动汽车市场迫切需要的材料。

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