Ученые разработали новый электродный материал для батареек

Ученые разработали органический электродный материал для калий-ионных аккумуляторов большой емкости и мощности. Он может стать экологичной и дешевой альтернативой литий-ионным аккумуляторам. Подробное описание исследования опубликовано в журнале Journal of Power Sources.

Одним из недостатков литий-ионных аккумуляторов является ограничение в скорости отдачи и накопления энергии. Это не позволяет заряжать и разряжать устройство без ущерба для его работоспособности. Кроме того, литий — исчерпаемый металл, добываемый из подземных месторождений. Массовое использование литиевых аккумуляторов со временем приведет к дефициту лития и повышению цены на производство литий-ионных элементов. Авторы исследования создали органическое соединение, которое позволит заменить неорганические материалы для производства калий-ионных аккумуляторов. Октагидрокситетраазапентацендион (OHTAPQ) — новый электродный материал для анода калиевых аккумуляторов с высокой удельной емкостью заряда. Он 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», — говорит 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 (Черноголовка), Уральского федерального университета и Уральского отделения РАН (Екатеринбург), Центра энергетических наук и технологий Сколтеха (Москва) и Силезского технологического университета (Гливице, Польша). Проект поддержан Министерством науки и образования Российской Федерации (проект FEUZ-2020-0060).

Уральский федеральный университет (УрФУ) — один из ведущих вузов России со столетней историей. Расположен в Екатеринбурге — столице Всемирных летних студенческих игр 2023 года. В Год науки и технологий стал одним из лидеров программы «Приоритет–2030». Вуз выполняет функции проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (НОЦ).