Orgaanisia katodeja tehokkaille akuille

Yhdysvaltain energiaministeriön (DOE) Brookhavenin kansallisen laboratorion tutkijat ovat suunnitelleet uuden orgaanisen katodimateriaalin litiumakuille. Etsiessään kestävää katodimateriaalia, joka voisi myös tarjota korkean energiatiheyden, he valitsivat rikin, turvallisen ja runsaan alkuaineen.

Uutta katodimateriaalia suunniteltaessa tutkijat valitsivat organodisulfidi yhdisteen, joka koostuu vain sellaisista elementeistä kuin hiili, vety, rikki ja happi, eikä tyypillisiä litiumparistoissa esiintyviä raskasmetalleja, jotka ovat vähemmän ympäristöystävällisiä.

Rikkiakkujen ongelmina ovat toiminnan aikana syntyvät ei-toivotut yhdisteet, jotka liukenevat elektrolyyttiin ja hajautuvat akkuun sen toiminnan pilaten.

Tutkijat yrittivät vakauttaa rikkiä suunnittelemalla katodimateriaalin, jossa rikkiatomit liitettiin orgaaniseen runkoon. Uuden materiaalin syntetisoituaan he tutkivat sitä National Synchrotron Light Source II -tutkimusaseman röntgenlaitteilla ymmärtääkseen paremmin sen varaus-purkaus mekanismin.

Tutkijoiden mukaan tämä tutkimus tarjoaa uuden strategian, jolla parannetaan rikkipohjaisten katodien suorituskykyä suuritehoisilla litiumakuilla.

Myös venäläisen Skoltechin energiatieteiden ja teknologian keskuksen, IPCP RAS:n ja D.I. Mendeleevin kemian tekniikan yliopiston tutkijat ovat suunnitelleet uuden polymeerisen katodimateriaalin ultranopeille metalli-ioni-akuille.

Orgaaniset katodit tarjoavat sellaisia etuja, kuten korkea energiatiheys, vaikuttava lataus/purkausnopeus ja hyvä kestävyys vahvoille mekaanisille muodonmuutoksille. Toinen tärkeä etu on niiden ympäristöystävällisyys, koska orgaaniset materiaalit koostuvat vain luonnon runsaista alkuaineista (C, H, N, O, S) ja ne voidaan saada uusiutuvista resursseista.

Raskaiden metallien puuttuessa akkujen kierrätys voidaan tehdä helpoksi. Lisäksi orgaanisten katodien käyttö mahdollistaa kalliiden litiumsuolojen korvaamisen elektrolyytissä paljon halvemmilla natrium- ja kaliumanalogeilla.

Professori Pavel Troshinin tutkimusryhmän lukuisten hankkeiden joukossa kiinnitetään erityistä huomiota uusien polyphenylamine -tyyppisten yhdisteiden suunnitteluun, jotka ovat yksi lupaavimmista orgaanisten katodimateriaalien perheistä metalli-ioniakkuja varten.

"Polytripenyyliamiiniin ja sen analogeihin perustuvat katodimateriaalit osoittavat melko erinomaisia ominaisuuksia metalli-ioni-akuissa. Erityisesti ne osoittavat korkeita purkupotentiaaleja, hyvää työjaksovakautta ja voivat toimia suurilla lataus- / purkausnopeuksilla.

Kuitenkin alhaiset ominaiskapasiteetit rajoittavat tämän materiaaliryhmän kaupallistamista. Täten keskitimme ponnistelumme molekyylisuunnitteluun ja uuden makromolekyyliryhmän synteesiin, jotka voivat mahdollisesti tuottaa korkeamman energiatiheyden.

On tärkeää, että litiumin lisäksi onnistuimme myös koostamaan samaan materiaaliin perustuvia natrium- ja kalium-ioniakkuja. "- sanoo julkaistun teoksen ensimmäinen kirjoittaja, Skoltech PhD-opiskelija, Filipp Obrezkov.

Täten tulokset vahvistavat merkittävän potentiaalin käyttää orgaanisia yhdisteitä katodeina ultranopeille metalli-ioni-akuille.

Aiheista aiemmin:

Uusia rakenteita Litium-ioni akuille

Energiaa kaksiulotteisten materiaalien väliin