Разработаны первые органические полимеры для анионно-ионных батарей

Исследовательская группа из Ульмского университета и Института материалов имени Жана Рукселя в Нанте создала новый класс органических материалов для электродов батарей, не требующих использования редких металлов. Результаты работы опубликованы в журнале ACS Applied Polymer Materials.

Ученые интегрировали молекулярную структуру на основе би(бензимидазола) в несколько полимеров, предназначенных для использования в качестве отрицательных электродов. Эти соединения относятся к категории суперэлектронных доноров и обладают высокой способностью отдавать электроны во время электрохимических реакций.

Два из разработанных полимеров продемонстрировали работоспособность при потенциале около 2,1 В относительно Li+/Li. Такое низкое напряжение является необычным показателем для органических полимеров этого типа и свидетельствует об их перспективности в качестве компонентов батарей нового поколения.

В отличие от современных литий-ионных элементов, батареи на органической основе не содержат критически важных и токсичных металлов. Производство таких материалов требует меньше энергии, использует доступные ресурсы и обеспечивает более широкие возможности вторичной переработки. Органические компоненты дают больше свободы в химическом проектировании и открывают путь к созданию полностью безметаллических молекулярных батарей.

Однако при испытаниях образцы показали снижение эффективности после нескольких циклов зарядки и разрядки. Исследователи связывают это с образованием карбенов — высокореактивных соединений, возникающих при восстановлении молекул в ходе электрохимических процессов. Эти нестабильные частицы постепенно разрушают структуру материала.

По мнению команды, следующий этап развития должен быть направлен на создание молекулярных структур, сохраняющих электронные свойства би(бензимидазола) и одновременно предотвращающих образование реакционноспособных карбенов. Этот шаг необходим для разработки органических батарей, которые будут достаточно долговечными и конкурентоспособными на рынке накопителей энергии.

Источник: Techno-Science.net