Balita sa industriya

Bagong Uri ng Baterya na Nilikha Na Maaaring Mag-singil ng 10x Mas Mabilis kaysa sa Mga Baterya ng Lithium-Ion

2021-06-16
PAKSA:
Teknolohiya ng Baterya, Chemical Engineering, Enerhiya, Polymer, Sikat, Mga Baterya ng Lithium-Ion
Ni ST. PETERSBURG STATE UNIVERSITY APRIL 9, 2021



Simbolikong representasyon ng pormulang kemikal ng bagong polimer. Kredito: Anatoliy A. Vereshchagin.

Bukod dito, ito ay mas ligtas sa mga tuntunin ng mga potensyal na panganib sa sunog at may mas mababang epekto sa kapaligiran.

Mahirap isipin ang ating pang-araw-araw na buhay na walang mga baterya ng lithium-ion. Pinangibabawan nila ang maliit na format na baterya ng baterya para sa mga portable electronic device, at karaniwang ginagamit din sa mga de-koryenteng sasakyan. Sa parehong oras, ang mga baterya ng lithium-ion ay may bilang ng mga seryosong isyu, kabilang ang: isang potensyal na panganib sa sunog at pagkawala ng pagganap sa malamig na temperatura; pati na rin ang isang malaki na epekto sa kapaligiran ng ginugol na pagtatapon ng baterya.

Ayon sa pinuno ng pangkat ng mga mananaliksik, Propesor sa Kagawaran ng Elektrokimia sa St Petersburg University Oleg Levin, ang mga kemiko ay tuklasin ang mga polymer na naglalaman ng nitroxyl na naglalaman ng redox bilang mga materyales para sa pag-iimbak ng enerhiya na electrochemical. Ang mga polymer na ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang mataas na density ng enerhiya at mabilis na pagsingil at pagpapalabas ng bilis dahil sa mabilis na mga redetic kinetics. Ang isang hamon patungo sa pagpapatupad ng naturang teknolohiya ay ang hindi sapat na kondaktibiti sa kuryente. Pinipigilan nito ang koleksyon ng singil kahit na may lubos na nakagaganyak na mga additibo, tulad ng carbon.

Naghahanap ng mga solusyon upang mapagtagumpayan ang problemang ito, na-synthesize ng mga mananaliksik mula sa St Petersburg University ang isang polymer-based sa nickel-salen complex (NiSalen). Ang mga molekula ng metallopolymer na ito ay kumikilos bilang isang molekular wire na kung saan nakakabit ang mga enerhiyang nitroxyl pendant. Ang molekular na arkitektura ng materyal ay nagbibigay-daan sa mataas na pagganap ng capacitance upang makamit sa loob ng isang malawak na saklaw ng temperatura.



Propesor sa Kagawaran ng Electrochemistry sa St Petersburg University Oleg Levin. Kredito: SPbU.

â € ˜Nag-isip kami ng konsepto ng materyal na ito noong 2016. Sa oras na iyon, nagsimula kaming bumuo ng isang pangunahing proyekto âErectrode na mga materyales para sa mga baterya ng lithium-ion batay sa mga organometallic polymerâ €. Sinuportahan ito ng isang bigay mula sa Russian Science Foundation. Kapag pinag-aaralan ang mekanismo ng pagsingil ng singil sa klase ng mga compound na ito, natuklasan namin na mayroong dalawang mga direksyon ng susi ng pag-unlad. Una, ang mga compound na ito ay maaaring magamit bilang isang proteksiyon layer upang masakop ang pangunahing conductor cable ng baterya, na kung hindi man ay gawa sa tradisyonal na mga materyal ng baterya ng lithium-ion. At pangalawa, maaari silang magamit bilang isang aktibong sangkap ng mga electrochemical energy storage material, "paliwanag ni Oleg Levin.

Ang polimer ay tumagal ng higit sa tatlong taon upang makabuo. Sa unang taon, sinubukan ng mga siyentista ang konsepto ng bagong materyal: pinagsama nila ang mga indibidwal na sangkap upang gayahin ang electrically na nagsasagawa ng backbone at redox-active nitroxyl-naglalaman ng mga pendants. Ito ay mahalaga upang matiyak na ang lahat ng mga bahagi ng istraktura ay nagtrabaho kasabay at pinalakas ang bawat isa. Ang susunod na yugto ay ang kemikal na pagbubuo ng compound. Ito ang pinaka-hamon na bahagi ng proyekto. Ito ay dahil ang ilan sa mga bahagi ay labis na sensitibo at kahit na ang kaunting pagkakamali ng isang siyentista ay maaaring maging sanhi ng pagkasira ng mga sample.

Sa maraming mga ispesimen ng polimer na nakuha, isa lamang ang natagpuan na sapat na matatag at mahusay. Ang pangunahing kadena ng bagong compound ay nabuo ng mga kumplikadong nickel na may salen ligands. Ang isang matatag na libreng radikal, na may kakayahang mabilis na oksihenasyon at pagbawas (singil at paglabas), ay na-link sa pangunahing kadena sa pamamagitan ng mga covalent bond.

â € ˜ Ang isang bateryang ginawa gamit ang aming polimer ay sisingilin sa segundo â € “halos sampung beses na mas mabilis kaysa sa isang tradisyonal na baterya ng lithium-ion. Naipakita na ito sa pamamagitan ng isang serye ng mga eksperimento. Gayunpaman, sa yugtong ito, nahuhuli pa rin ito sa mga tuntunin ng kapasidad na 30 hanggang 40% na mas mababa kaysa sa mga baterya ng lithium-ion. Kasalukuyan kaming nagtatrabaho upang mapagbuti ang tagapagpahiwatig na ito habang pinapanatili ang singil sa paglabas ng singil, "sabi ni Oleg Levin.

Ang cathode para sa bagong baterya ay gawa-gawa "isang positibong elektrod para magamit sa mga kasalukuyang mapagkukunan ng kemikal. Ngayon kailangan namin ng negatibong elektrod - anode. Sa katunayan, hindi ito kailangang likhain mula sa simula - maaari itong mapili mula sa mayroon nang mga mayroon. Ipinares na magkasama ay bubuo sila ng isang sistema na, sa ilang mga lugar, ay maaaring lalong humalili sa mga baterya ng lithium-ion.

â € ˜ Ang bagong baterya ay may kakayahang pagpapatakbo sa mababang temperatura at magiging isang mahusay na pagpipilian kung saan mahalaga ang mabilis na pagsingil. Ito ay ligtas na gamitin - walang anumang maaaring magdulot ng isang panganib sa pagkasunog, hindi katulad ng mga baterya na batay sa kobalt na laganap ngayon. Naglalaman din ito ng mas kaunting mga metal na maaaring maging sanhi ng pinsala sa kapaligiran. Ang Nickel ay naroroon sa aming polimer sa isang maliit na halaga, ngunit mayroong mas kaunti sa mga ito kaysa sa mga baterya ng lithium-ion, "sabi ni Oleg Levin.

Sanggunian: â € œAng Mabilis at Mahusay: Isang [Ni (Salen)] â € TEMPO Redoxâ € Pagsasagawa ng Polimer para sa Mga Organikong Bateryaâ ni Anatoliy A. Vereshchagin, Dr. Daniil A. Lukyanov, Ilia R. Kulikov, Dr. Naitik A. Panjwani, Dr. Elena A. Alekseeva, Prof. Jan Behrends at Prof. Oleg V. Levin, 17 Nobyembre 2020, Mga Baterya at Supercaps.
DOI: 10.1002 / batt.202000220