اخبار صنعت

نوع جدیدی از باتری ایجاد شده است که می تواند 10 برابر سریعتر از باتری های لیتیوم یون شارژ کند

2021-06-16
موضوعات:
فناوری باتری ، مهندسی شیمی ، انرژی ، پلیمرها ، باتری های لیتیوم-یونی محبوب
توسط ST دانشگاه دولتی پترزبورگ 9 آوریل 2021



نمایش نمادین فرمول شیمیایی پلیمر جدید اعتبار: آناتولی A. Vereshchagin.

علاوه بر این ، از نظر خطرات احتمالی آتش سوزی ایمن تر است و تأثیر زیست محیطی کمتری دارد.

تصور زندگی روزمره ما بدون باتری های لیتیوم یونی دشوار است. آنها در بازار باتری های کوچک برای دستگاه های الکترونیکی قابل حمل غالب هستند و همچنین معمولاً در خودروهای برقی استفاده می شوند. در عین حال ، باتری های لیتیوم یون دارای تعدادی از مسائل جدی هستند ، از جمله: خطر احتمالی آتش سوزی و از دست دادن عملکرد در دمای سرد. و همچنین تأثیر قابل توجه زیست محیطی دفع باتری صرف شده.

به گفته رهبر تیم محققان ، پروفسور گروه الکتروشیمی در دانشگاه سنت پترزبورگ ، اولگ لوین ، شیمی دانان در حال بررسی پلیمرهای حاوی اکسیداسیون اکسیداسیون و کاهش دهنده نیتروکسیل به عنوان مواد ذخیره انرژی الکتروشیمیایی هستند. این پلیمرها با چگالی انرژی بالا و سرعت شارژ و تخلیه سریع به دلیل سینتیک اکسیداسیون اکسیداسیون سریع مشخص می شوند. یک چالش در اجرای چنین فناوری ، هدایت الکتریکی ناکافی است. این امر مانع جمع آوری بار حتی با افزودنی های بسیار رسانا ، مانند کربن می شود.

محققان دانشگاه سنت پترزبورگ به دنبال راه حلی برای غلبه بر این مشکل ، پلیمری را بر اساس مجموعه نیکل-سالن (NiSalen) تهیه کردند. مولکولهای این متالوپلیمر به عنوان یک سیم مولکولی عمل می کنند که آویزهای نیتروکسیل پر انرژی به آن متصل شده است. معماری مولکولی این ماده باعث می شود که عملکرد خازنی بالایی در محدوده دمایی وسیع به دست آید.



استاد گروه الکتروشیمی در دانشگاه سنت پترزبورگ اولگ لوین. اعتبار: SPbU

ما در سال 2016 مفهوم این ماده را ارائه کردیم. در آن زمان ، ما شروع به توسعه یک پروژه اساسی کردیم-مواد الکترود برای باتری های لیتیوم یونی بر اساس پلیمرهای آلی فلزی. این با کمک مالی بنیاد علوم روسیه پشتیبانی شد. هنگام مطالعه مکانیسم انتقال بار در این دسته از ترکیبات ، ما متوجه شدیم که دو جهت اصلی توسعه وجود دارد. در مرحله اول ، این ترکیبات را می توان به عنوان یک لایه محافظ برای پوشاندن کابل اصلی هادی باتری ، که در غیر این صورت از مواد سنتی باتری لیتیوم-یون ساخته شده است ، استفاده کرد. و دوم اینکه ، آنها می توانند به عنوان یک جزء فعال از مواد ذخیره انرژی الکتروشیمیایی مورد استفاده قرار گیرند ، "اولگ لوین" توضیح می دهد.

توسعه پلیمر بیش از سه سال طول کشید. در سال اول ، دانشمندان مفهوم ماده جدید را آزمایش کردند: آنها اجزای جداگانه را برای شبیه سازی آویزهای ستون فقرات رسانای الکتریکی و نیتروکسیل فعال اکسیداسیون اکسیداسیون کاهش دادند. ضروری بود که اطمینان حاصل شود که همه قسمتهای ساختار به طور مشترک کار می کنند و یکدیگر را تقویت می کنند. مرحله بعدی سنتز شیمیایی این ترکیب بود. این چالش برانگیزترین بخش پروژه بود. این به این دلیل است که برخی از اجزاء بسیار حساس هستند و حتی کوچکترین خطای یک دانشمند ممکن است باعث تخریب نمونه ها شود.

از بین چند نمونه پلیمری بدست آمده ، تنها یکی به اندازه کافی پایدار و کارآمد بود. زنجیره اصلی ترکیب جدید توسط مجتمع های نیکل با لیگاندهای سالن تشکیل شده است. یک رادیکال آزاد پایدار ، قادر به اکسیداسیون سریع و کاهش (بار و تخلیه) ، از طریق پیوندهای کووالانسی به زنجیره اصلی متصل شده است.

battery باتری تولید شده با استفاده از پلیمر ما در عرض چند ثانیه شارژ می شود-حدود ده برابر سریعتر از یک باتری لیتیوم یون معمولی. این قبلاً با مجموعه ای از آزمایشات نشان داده شده است. با این حال ، در این مرحله ، هنوز از نظر ظرفیت-30 تا 40 درصد کمتر از باتری های لیتیوم یونی عقب مانده است. اولگ لوین می گوید: "ما در حال کار بر روی بهبود این شاخص با حفظ نرخ تخلیه شارژ هستیم."

کاتد باتری جدید - یک الکترود مثبت برای استفاده در منابع جریان شیمیایی ساخته شده است. اکنون ما به الکترود منفی - آند نیاز داریم. در واقع ، لازم نیست که از ابتدا ایجاد شود - می توان از موارد موجود انتخاب کرد. با هم جفت می شوند و سیستمی را تشکیل می دهند که در برخی مناطق ممکن است به زودی جایگزین باتری های لیتیوم یونی شود.

battery باتری جدید قادر به کار در دماهای پایین است و گزینه ای عالی است که در آن شارژ سریع بسیار مهم است. بر خلاف باتری های مبتنی بر کبالت که امروزه رایج شده اند ، هیچ چیز نمی تواند خطر احتراق را ایجاد کند ، ایمن است. همچنین حاوی فلزات بسیار کمتری است که می تواند به محیط زیست آسیب برساند. اولگ لوین می گوید: نیکل در پلیمر ما به مقدار کمی وجود دارد ، اما مقدار آن بسیار کمتر از باتری های لیتیوم یون است.

مرجع: Fast € Fast The Fast and the Capacious: A [Ni (Salen)] EM € TEMPO Redoxâ € Polyducting Polymer for Organic Batteriesâ € توسط Anatoliy A. Vereshchagin، Dr. Daniil A. Lukyanov، Ilia R. Kulikov، دکتر نایتیک A. پنجوانی ، دکتر النا A. Alekseeva ، پروفسور Jan Behrends و پروفسور Oleg V. Levin ، 17 نوامبر 2020 ، Batteries and Supercaps.
DOI: 10.1002/batt.202000220