Органические электроды помогут создать новые калий-ионные аккумуляторы
Российские ученые разработали линейку органических электродных материалов для калий-ионных аккумуляторов. Они представляют большую перспективу и в будущем смогут заменить литий-ионные аккумуляторы. Исследование опубликовано в журнале Journal of Power Sources и принято к публикации в Journal of Materials Chemistry A
Несмотря на свою популярность, литий-ионные аккумуляторы имеют ряд существенных недостатков. К примеру, в качестве активных электродных материалов в них используются соли и оксиды тяжелых металлов. Некоторые из них очень дороги, в то время как другие сильно ограничивают емкость аккумуляторов и негативно влияют на окружающую среду. Классические литий-ионные аккумуляторы с неорганическими катодами отличаются плохой токоотдачей, из-за чего их приходится сочетать с другими источниками тока. Также мировые запасы лития невелики и сосредоточены в единичных странах мира, а металл добывается с нарушением прав человека. Все эти факторы обуславливают поиск альтернативных средств.
Российские ученые разработали серию органических электроактивных материалов на основе трихиноила (циклогексангексона). Подтвердить состав и строение новых материалов оказалось сложно из-за их аморфной природы и отсутствия растворимости. Это существенно ограничивало выбор методов анализа. Однако ученые применили твердотельную ЯМР-спектроскопию, а также квантово-химическое DFT-моделирование колебательных и ЯМР-спектров. Дополнительную информацию исследователи получили с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии.
Один из материалов, полученных в ходе экспериментов, показал достаточно высокую удельную емкость (190 мА*ч/г). Она выше емкости LiFePO4 — классического катода для литий-ионных аккумуляторов (<170 мА*ч/г). Исследование полимерных электродных материалов помогло повысить эти характеристики. Например, плотность энергии достигла 700 Вт*ч/кг, что является рекордным показателем для всех известных на сегодняшний день органических катодов для калий-ионных аккумуляторов.
«Исследованные нами материалы доступны, дешевы, экологичны и демонстрируют фактически рекордные для калиевых источников тока электрохимические характеристики. Тем не менее существенным их недостатком являются невысокие потенциалы разряда, из-за которых эти материалы наиболее перспективы как аноды для калий-ионных аккумуляторов. Дальнейшие усилия нужно сосредоточить на разработке катодных органических материалов с высокими потенциалами», — подводит итог Вахид Рамезанкхани, аспирант Сколтеха, первый автор работы
