Российские ученые разработали более эффективные аккумуляторы
Ученые УрФУ совместно с коллегами из Сколково предложили новый способ создания дешевых и функциональных аккумуляторов. Они выяснили, что можно значительно повысить эффективность устройств, а также снизить их стоимость, заменив неорганические материалы на органические. Результаты исследований опубликованы на сайте журнала Journal of Physical Chemistry Letters.
«За последние десятилетия произошел значительный рывок в развитии портативных электронных устройств и электротранспорта, а также существенный рост их распространенности. Особенно современного потребителя интересуют сверхмощные аккумуляторы, способные зарядить устройство за несколько минут, а не часов. Это, в свою очередь, привело к огромному возрастанию спроса на электрические аккумуляторы, к исследованию и усовершенствованию которых в настоящее время привлечено особо пристальное внимание научного сообщества», — рассказывает доцент кафедры электрофизики УрФУ Иван Жидков.
Аккумулятор имеет сложное строение, но наиболее важными частями являются электролит, содержащий в себе ионы металлов, а также анод и катод. На последний в процессе разряда батареи приходят ионы из электролита. Во время заряда ионы покидают катод. Принципиальная разница между различными типами батарей состоит в электролите, а именно в том, какие ионы он содержит. Так, выделяют литий- и калий-ионные аккумуляторы.
На данный момент литий-ионные аккумуляторы — одни из самых распространенных. Именно они активно используются в качестве источников, а также накопителей энергии в энергетических системах. Однако у литий-ионных аккумуляторов имеется ряд недостатков, вынуждающих искать им замену. В частности, одним из существенных минусов такого типа устройств можно назвать их предельную скорость отдачи и накопления энергии. В результате невозможно разряжать и заряжать устройство без ущерба для его работоспособности. Кроме того, в земной коре содержится очень мало самого лития, а потому нет никакой возможности удешевить производство литий-ионных аккумуляторов.
Группа исследователей из УрФУ выдвинула предположение, что замена используемых неорганических материалов органическими может стать решением проблем при производстве аккумуляторов. Протестировав новый синтетический полимер на основе дигидрофеназина (азотсодержащего соединения с несколькими циклами) в качестве катода, ученые пришли к выводу, что так можно достичь рекордно высоких эксплуатационных характеристик для нового типа накопителей энергии. Более того, массовое производство нового типа аккумуляторов должно оказаться значительно дешевле. Использование данного полимера продемонстрировало стабильность действия во время зарядки и разрядки.
Разработка передовых органических катодов, таких как синтетические полимеры, может сыграть важную роль в коммерциализации новой технологии батарей. По техническим характеристикам они не только не уступают предшественникам, но даже превосходят их. Это означает, что в ближайшем будущем можно будет покупать более мощные и компактные аккумуляторы по более низким ценам.
По одному из прогнозов, к 2030 году электромобили займут 58% рынка легковых машин. Окончательному переходу на электродвигатели пока мешают небольшая дальность пробега, высокие цены и продолжительное время зарядки аккумулятора. Все эти вызовы связаны с недостатками батарей электромобилей.
Источник: https://urfu.ru/ru/news/28787/
