Новый органический катод не уступает кобальту

Литий-ионные батареи с катодом из кобальта неплохо показывают себя в деле, однако для их производства требуется металл, который добывают далеко не повсюду, а колебания цен нервируют производителей аккумуляторов. Вместе с распространением электрического транспорта цены на кобальт будут только расти. Эти соображения заставляют исследователей браться за разработку альтернативных материалов для элементов питания.

Один из них – литий-железо-фосфат (LFP), но такие аккумуляторы не могут обеспечить автомобилям большой запас хода.

Другой вариант – органические материалы, которые до сих пор не могли соперничать с кобальтом по проводимости, емкости и сроку службы. Проблему низкой проводимости обычно решают добавлением полимеров, которые снижают емкость батареи. Однако исследователям из MIT удалось найти органический материал, оказавшийся хорошим проводником, https://news.mit.edu/2024/cobalt-free-batteries-could-power-... MIT News.

Материал состоит из множества слоев органической молекулы 2-тетраминобензохинон, состоящей из трех шестиугольных колец. Слои можно наращивать в любую сторону, образуя структуру, напоминающую графит. Химические группы хинонов в этой молекуле выполняют роль резервуаров для электронов, и амины помогают материалу формировать сильные водородные связи, благодаря которым материал становится нерастворимым в жидком электролите батареи.

Испытания показали, что проводимость и емкость материала сравнимы с показателями традиционных литиевых батарей с кобальтом. А зарядка и разрядка происходят быстрее.

Для стабилизации органического материала и повышения сцепки с токовым коллектором батареи, изготовленным из меди или алюминия, ученые добавили наполнители в виде целлюлозы и резины.

Их доля в катоде не превышает 10%, так что потеря емкости оказывается незначительной. К тому же, они повышают срок службы катода, предотвращая образование трещин.

Сырье для получения 2-тетраминобензохинона доступно и производится в промышленных масштабах. По оценке разработчиков, затраты на сборку таких органических батарей будут составлять примерно треть или половину от расходов на кобальтовые батареи.

Ученые из США https://hightech.plus/2021/06/21/plotnost-energii-organiches... главное ограничение органических твердотельных литиевых батарей – ограниченную плотность энергии из-за особенностей микроспокических структур внутри катода. Им удалось улучшить транспорт ионов и повысить плотность энергии катода.