Специалисты УрФУ вместе с российскими коллегами разработали новый органический электродный материал для мощных калий-ионных аккумуляторов, которые могут стать экологичной и дешевой заменой литий-ионным батарейкам.
Один из недостатков литий-ионных аккумуляторов — ограниченная скорость отдачи и накопления энергии, что не позволяет заряжать и разряжать устройство без ущерба для работоспособности. Кроме того, активное использование литиевых аккумуляторов со временем приведет к дефициту лития, а следовательно, повышению стоимости производства.
Новое органическое соединение октагидрокситетраазапентацендион позволит заменить неорганические материалы в производстве калий-ионных аккумуляторов. Этот электродный материал сочетает в себе высокую производительность и стабильность по количеству циклов зарядки-разрядки.
«При разработке органических материалов для аккумуляторов мы ставим перед собой две задачи. Первая — создать эффективный аккумулятор, который будет запасать много энергии и будет легким. При одинаковом количестве циклов заряда-разряда, но при большем запасе энергии заряда батареи будет хватать на большее время. Вторая — достигнуть его стабильности по количеству циклов зарядки-разрядки, в течение которых он сохранит работоспособность. Электрод на основе OHTAPQ продемонстрировал высокую удельную емкость и стабильную работу в течение более 1200 циклов заряда-разряда. Это позволит использовать материал в сверхбыстрых аккумуляторах для любых устройств», — рассказал соавтор разработки, доцент кафедры электрофизики УрФУ Иван Жидков.
Протестировав новый материал в качестве анода, ученые пришли к выводу, что с его помощью можно достичь рекордно высоких эксплуатационных характеристик для калий-ионных аккумуляторов.
«Органические аккумуляторы обладают большим потенциалом для широкого применения. Органические материалы легче неорганических, а энергии запасают больше. Например, если облегчить аккумуляторы электромобиля, машина будет меньше весить или на тот же вес будет запасать больше электроэнергии, то есть увеличится длительность хода. То же касается телефонов и других устройств, работающих на аккумуляторах», — поясняет Иван Жидков.
Над исследованием работали ученые Института проблем химической физики РАН, Уральского федерального университета и Уральского отделения РАН, Центра энергетических наук и технологий Сколтеха и Силезского технологического университета. Проект поддержан Министерством науки и образования Российской Федерации.