研究人员研发合成聚合物电池正极材料 可用于快充电池

据外媒报道，来自斯科尔泰克大学的D俄罗斯门捷列夫大学和RAS化学物理研究所的研究人员合成了一种可用于锂离子电池的新型聚合物阴极材料，并对其进行了测试。测试结果表明，新型阴极的性能优于锂离子电池。它不仅可以循环25000次充电循环，而且可以在几秒钟内完成充电。它可以用来生产低价的钾双离子电池。由于许多设备大多处于自动模式，全球用电量逐年增加，对储能解决方案的需求也在增加。锂离子电池具有高功率、高放电/充电率和单位质量大存储容量，已成为电子产品、电力运输和全球电网的主要存储设备。例如，澳大利亚正在启动一系列大型锂离子电池存储项目，以管理其丰富的太阳能（000591，股票栏）和风能。如果锂离子电池的产量继续增长，世界锂资源储量将耗尽。例如，刚果开发了60%的当地钴用于生产锂电池，导致钴价格飙升。锂资源也是如此。由于在提取锂的过程中消耗了大量的水资源，这也对生态环境构成了巨大的挑战。因此，研究人员正在开发新的储能设备，希望研究团队能够以易于开采、工作原理与锂离子电池相同的金属资源为原料，采用基于电解质阴离子和阳离子电化学过程的后锂双离子技术，并且与锂离子电池相比可以大大提高充电速率。此外，它的阴极原型使用了一种聚合物芳香胺，这种胺可以由各种有机化合物合成。Filipp A.，博士，Skoltech University Obrezkov表示：我们之前的研究重点是聚合物阴极，以在几秒钟内实现大容量电池的快速充电和放电，但我们对此并不满意。我们还测试了各种替代方案，如线性聚合物，其中每个单体单元仅与两个相邻单元结合。在这项研究中，我们使用了一种新型的支链聚合物，其中每个单元与至少三个其他单元结合，形成一个更大的网络结构。网络结构加速了电极过程的动力学。由这些材料制成的电极也表现出更高的充电和放电速率。标准锂离子电池的电解质含有大量的锂原子，并通过隔板分为正极和负极。在可充电电池中，大多数锂原子与负极的晶体结构结合。当电池放电时，锂原子将通过隔板从负极移动到正极。研究小组通过对双离子电池的研究发现，电化学过程中电解质的正离子和负离子可以分别进入和离开阳极和阴极结构。值得注意的是，科学家在对钾双离子电池进行实验时，使用了钾电解质，而不是昂贵的锂电解质。该小组以二苯胺和吩噻嗪为正极材料，并以锂和钾金属为负极，合成了两种新的二氢吩嗪共聚物。由于正电极的特性决定了半电池的原型，科学家们将它们结合起来，快速评估新阴极材料的性能。尽管PPTZPZ半电池的性能一般，但PDPAPZ表现良好。由PDPAPZ制成的锂半电池具有非常快的充放电速度，在25000次充电循环后，它仍然表现出良好的稳定性，并保持三分之一的容量。也就是说，在正常情况下，如果一部普通手机的电池保持稳定，即使每天充放电，它仍然可以使用70年。PDPAPZ钾半电池的能量密度高达398Wh/kg，而普通锂电池，即使包括负极和电解质的重量，其能量密度也仅为200-250Wh/kg。因此，俄罗斯研究团队已经表明，聚合物阴极材料可以完全用于制造高效的锂和钾双离子电池。

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