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俄科學家研新型材料 18秒讓電池完成充放電

2019-06-28 10:53:00

  俄羅斯斯科爾科沃理工學院能源科技中心(Skoltech Center for Energy Science and Technology)、俄羅斯RAS化學物理問題研究中心(IPCP RAS)以及俄羅斯門捷列夫化工大學(D.I. Mendeleev University of Chemical Technology)的研究人員設計出一種新型聚合物陰極材料,可實現性能優越的超快金屬離子電池。
  近幾十年來,由于人口增長、工業化以及各種家用電器和電子設備的不斷發展,特別是移動設備和電動汽車數量的不斷增加,世界能源消耗量也顯著增加。因此,迫切需要研發電化學儲能技術和設備,使其能夠存儲足夠的能量并能夠根據需要迅速釋放。盡管由無機層狀氧化物和磷酸鹽制成的鋰離子電池在市場上占主導地位,但由于其是由容量有限的重元素所制成,因而進一步提升其性能非常具有挑戰性。
  而利用有機化合物做鋰離子電池的陰極材料就可解決該問題。有機陰極具有能量密度高、充放電速度快、抗機械變形能力強等優點,此外,有機陰極還非常環保,因為有機材料只由豐富的自然元素(碳、氫、氮、氧、硫)組成,可從可再生資源中獲得。此外,由于不含重金屬,此類材料可像回收利用食品塑料等普通家庭垃圾一樣被回收再利用。而且,使用有機陰極就可將電解質中昂貴的鋰鹽用更便宜的類似鈉和鉀的物品取代。
  在Pavel Troshin教授研究小組進行的多個項目中,研究人員特別關注的是設計新型聚三苯胺類化合物,此化合物是金屬離子電池有機陰極材料家族中最有前景的一種。
  斯科爾科沃理工學院博士生Filipp Obrezkov表示:“基于聚三苯胺及其類似物的陰極材料在金屬離子電池中表現出相當突出的特性,特別是表現出高放電潛力、良好的循環穩定性,并可在高充放電率下運行。但是,容量低限制了該類材料的商業化。因此,我們將重點放在分子設計和合成一組新的大分子上,此類分子能夠提供更高的能量密度。而且其中設計的一種材料展示了非常好的性能,電池充放電時電流高達200C(只需18秒可完全完成充放電)。重要的是,除了用于鋰電池,我們還使用相同的材料合成了鈉離子電池和鉀離子電池。”
  因此,研究結果證實了有機化合物做超快金屬離子電池陰極的巨大潛力。今后,該項目可能會研發出容量和能量密度更高、電流密度更高的新一代電池材料,這也是目前和未來的便攜式設備和電動汽車市場迫切需要的材料。

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