25 декабря 2021, 15:20

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

Органические электроды помогут создать новые калий-ионные аккумуляторы

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

Источник:  InScience

Профили учёных из новости

Лаборатории из новости

Лаборатория функциональных материалов для электроники и медицины
Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН
Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН
Перовскитные солнечные батареи, Металл-ионные аккумуляторы, Органические солнечные батареи и фотодетекторы и материалы для медицины.
Материаловедение
Наномедицина
Энергетика
Кафедра электрофизики
Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина
Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина
Краткая история кафедры Кафедра электрофизики была организована в 1987. Вначале это была кафедра инженерной электрофизики со сроком обучения студентов 5 лет, а в дальнейшем для того чтобы кафедра могла функционировать в рамках физико-технического факультета, срок обучения был увеличен до 5,5 лет. Первым заведующим кафедрой стал академик Геннадий Андреевич Месяц. В последующие годы кафедру возглавляли профессора Крендель Ю.Е., Осипов В.В., Новоселов Ю.Н. С 2004 года по 2024 кафедру возглавлял ведущий научный сотрудник Института электрофизики, профессор, д.ф.-м.н. С.П. Никулин. С 2024 года зав. кафедрой является Жидков Иван Сергеевич Известные выпускники На сегодняшний день кафедру закончило более 350 человек, среди них 22 кандидатов наук (включая степени, присвоенные за рубежом). Образовательная деятельность В настоящее время кафедра готовит бакалавров и магистров по направлению подготовки «Электроника и наноэлектроника», профиль «Физическая электроника» со сроком обучения 4 года и 2 года, соответственно. Набор студентов осуществляется в количестве 25 человек в бакалавриат и 7-10 человек в магистратуру. Особенностью обучения на кафедре является то, что у каждого студента имеется доступ к уникальным электрофизическим установкам (в Институте электрофизики УрО РАН), многие из которых не имеют аналогов в мировой практике. Руководителем образовательной программы являет д.ф.-м.н., профессор Сеиф Османович Чолах Основой обучения студентов на кафедре является участие в работе научных лабораторий. Для выполнения программ и грантов разного уровня привлекаются студенты и аспиранты нашей кафедры. На кафедре ежегодно проводится конкурс на лучшую научно-исследовательскую работу студентов с призовым денежным фондом. Для лучших студентов кафедры учреждена именная стипендия А.А. Воробьёва. Научная деятельность Научными направлениями кафедры являются физика плазмы, оптическая и квантовая электроника, воздействие мощного электромагнитного и корпускулярного излучения на вещество, создание сильноточных ионных источников, импульсное магнитное прессование (до 20 тыс. атмосфер) и создание новых материалов с уникальными свойствами, оптика и спектроскопия атомов, молекул и конденсированных сред: • Изучение газовых разрядов низкого давления, эмиссионных свойств генерируемой в них плазмы и условий формирования интенсивных пучков заряженных частиц в системах с плазменным эмиттером. Руководитель – д.ф.-м.н., профессор С.П. Никулин. • Изучение нелинейных процессов в неидеальной плазме при воздействии сильных электромагнитных полей, интенсивных потоков заряженных частиц и мощного лазерного излучения. Руководитель – к.ф.-м.н., доцент Д.Л. Шмелёв. • Экспериментальное и теоретическое изучение физики электрического разряда в вакууме, автоэмиссионных и взрывоэмиссионных свойств проводящих материалов. Руководитель – к.ф.-м.н. И.Л. Музюкин. • Изучение физики быстропротекающих процессов при генерировании мощных наносекундных и пикосекундных электронных пучков и импульсов электромагнитного излучения. Руководитель – к.т.н. И.В. Бекетов • Изучение принципов создания частотных наносекундных и пикосекундных ускорителей электронов и технологий на их основе. Руководитель – академик М.И. Яландин. • Изучение эффекта наносекундного обрыва сверхплотных токов в полупроводниковых структурах и создание на его основе мощных импульсных устройств наносекундного и субнаносекундного диапазона. Руководитель – к.т.н. А.И. Гусев. • Изучение физики газовых и твердотельных лазеров, взаимодействия лазерного излучения с веществом, условий синтеза наноматериалов и высокопрозрачных, в том числе лазерных керамик. Руководитель – д.ф.-м.н., профессор В.И. Соломонов. • Изучение процессов воздействия корпускулярного и электромагнитного излучений на вещество. Руководитель – к.ф.-м.н. А.С. Каменецких. • Изучение процессов воздействия мощных импульсных токов и электромагнитных полей на материалы, магнитно-импульсное прессование порошков и синтез новых наноструктурных материалов. Руководитель – к.ф.-м.н. А.С. Кайгородов. • Изучение процессов в плотной плазме газовых сред, возбуждаемых импульсными объемными разрядами и электронными пучками. Руководитель – к.ф.-м.н., доцент Д.Л. Кузнецов. • Исследование релаксационных процессов в материалах, подвергнутых воздействию мощных потоков корпускулярных и электромагнитных излучений. Руководитель – д.ф.-м.н., профессор В.В. Овчинников. • Изучение воздействия потоков плазмы, пучков нейтральных и заряженных частиц на твердые тела. Руководитель – д.ф.-м.н., профессор С.О. Чолах. • Экспериментальное и теоретическое исследование электронной структуры новых функциональных материалов – д.ф.-м.н., профессор Э.З. Курмаев. Партнерские отношения В 2016 году была организована Базовая кафедра «Электрофизика» в институте электрофизики УрО РАН. Заведующим кафедрой назначен д.ф-м.н. Чайковский Станислав Анатольевич, директор ИЭФ УрО РАН. Сотрудники кафедры На сегодняшний день на кафедре работает 17 преподавателей. Среди них 1 академик РАН, 1 член-корреспондент РАН, 4 доктора наук, профессора и 12 кандидатов наук.
Физика конденсированного состояния
Электрофизика

Организации из новости

Публикации из новости

Читайте также

Производство германиевых анодов для батарей станет проще и дешевле
Помочь в этом способен новый экологичный способ синтеза композиционных материалов из высокорастворимого оксида неметалла
Композиты
Материаловедение
Новые методики
Электрохимия
21 июня 2023
Зловредный борщевик превратили в материал для батарей в зелёной энергетике
Ученые сделали из сорняка высококачественный углеродный материал для анодов натрий-ионных батарей.
"Зеленая" химия
Материаловедение
Электрохимия
12 октября 2022
Ученые синтезировали новые минералоподобные фосфаты для создания аккумуляторов
Авторы синтезировали новые фосфаты: в широких каналах кристалла, сходного структурой с природным минералом элленбергеритом, заключены катионы никеля и натрия.
Геология
Материаловедение
Неорганическая химия
Электрохимия
5 мая 2022
Российские химики предложили новый способ получения материалов для «умных» окон
Коллектив химиков и физиков предложил технологию получения слоистых тонкопленочных наноструктур, перспективных для применения в качестве электрохромных компонентов «умных» окон.
"Умные" материалы
Материаловедение
Электрохимия
9 декабря 2021
В ИОХ РАН разработан экологичный метод электрохимического травления германия
В Лаборатории аналогов карбенов и других нестабильных молекул ИОХ РАН впервые показана возможность получения пористого германия с использованием экологически чистых имидазолиевых ионных жидкостей.
Материаловедение
Экология
Электрохимия
16 ноября 2021
Предсказаны новые галогениды для солнечной и водородной энергетики
Ученые обнаружили 67 новых соединений галогенов (хлора, брома, фтора и иода), которые потенциально могут существовать в двумерном виде, что открывает широкие перспективы их применения в прикладных задачах, например, при создании приборов для преобразования солнечной энергии. Проанализировав эти вещества, авторы выяснили, что некоторые из них способны извлекать из воды водород под действием солнечного света. Водород — перспективное топливо для «зеленой» энергетики, и обнаруженные соединения позволят удешевить его получение в три раза.
"Зеленая" химия
Материаловедение
Энергетика
18 марта 2024