鋰電網(wǎng)訊：鋰電池在我們的日常生活中已是不可或缺的一部分，它不僅主導(dǎo)了便攜式電子設(shè)備的小電池市場，也被普遍用于電動(dòng)汽車。但它也存在許多嚴(yán)重的問題，包括在低溫下存在潛在的火災(zāi)隱患和性能下降，以及廢舊電池處理對環(huán)境的影響相當(dāng)大等。不過，俄羅斯一研究團(tuán)隊(duì)的最新成果，讓新型電池成為可能。
據(jù)研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、俄羅斯圣彼得堡大學(xué)電化學(xué)系教授Oleg Levin介紹，化學(xué)家們一直在探索將氧化還原活性的含硝基聚合物作為電化學(xué)儲(chǔ)能材料，它們的能量密度較高，由于快速氧化還原的動(dòng)力學(xué)，這種聚合物電池充電和放電速度都很快。
但與此同時(shí)，Levin也指出，當(dāng)具體實(shí)施到產(chǎn)品中時(shí)，就會(huì)面臨導(dǎo)電率不足的問題，這阻礙了電荷的收集，即使使用高導(dǎo)電性的添加劑（如碳）也難以解決問題。
為了解決這個(gè)問題，來自圣彼得堡大學(xué)的研究人員合成了一種基于鎳硒復(fù)合物的聚合物。這種金屬聚合物的分子就像一根分子線，將能量密集的硝酰垂體連接在上面。該材料的分子結(jié)構(gòu)使其能夠在較寬的溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高電容性能。
Levin進(jìn)一步解釋道，“我們早在2016年就提出了這種材料的概念。在研究這類化合物的電荷傳遞機(jī)理時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)有兩個(gè)關(guān)鍵的發(fā)展方向。首先，這些化合物可以作為保護(hù)層覆蓋電池的主導(dǎo)體電纜。其次，它們可以作為電化學(xué)儲(chǔ)能材料的活性成分?！?/p>
科學(xué)家們研發(fā)這種聚合物花了三年多的時(shí)間。在第一年，他們對這種新材料的概念進(jìn)行了測試：將各個(gè)成分結(jié)合起來，以模擬導(dǎo)電的主干和具有氧化還原活性的含硝基氧基的垂體。重要的是要確保結(jié)構(gòu)的所有部分都能協(xié)同工作，并相互加強(qiáng)。下一階段是化合物的化學(xué)合成。這也是項(xiàng)目中最具挑戰(zhàn)性的部分。這是因?yàn)橛行┏煞址浅Ｃ舾校词故强茖W(xué)家最輕微的錯(cuò)誤也可能導(dǎo)致樣品的降解。
在獲得的幾個(gè)聚合物樣品中，只有一個(gè)被發(fā)現(xiàn)是足夠穩(wěn)定和高效的。新化合物的主鏈?zhǔn)怯涉嚺cSalen（由水楊醛和乙二胺組合而成）配體的復(fù)合物形成的。一種能夠快速氧化和還原（充放電）的穩(wěn)定自由基通過共價(jià)鍵與主鏈相連。
Levin表示，“用我們的聚合物制造的電池可以在幾秒鐘內(nèi)充電，比傳統(tǒng)鋰離子電池快10倍。這已經(jīng)通過一系列實(shí)驗(yàn)得到了證實(shí)。然而，在現(xiàn)階段，它在容量方面仍然落后，比鋰離子電池低30 - 40%。我們目前正在努力改善這一指標(biāo)，同時(shí)保持充放電率。”
這種新型電池的陰極已經(jīng)制作完成，用于化學(xué)電流源的正極?，F(xiàn)在所需要的是負(fù)極，也就是陽極。事實(shí)上，它不需要從頭開始制作，可以從現(xiàn)有的電極中選擇。研究人員指出，它們搭配在一起將形成一個(gè)系統(tǒng)，在某些領(lǐng)域，可能很快就會(huì)取代鋰離子電池。
“新電池能夠在低溫下工作，在快速充電需求高的地方，它將是一個(gè)很好的選擇。它使用起來很安全，沒有任何可能構(gòu)成燃燒危險(xiǎn)的物質(zhì)，不像現(xiàn)在普遍使用的鈷基電池。它所含的可能對環(huán)境造成危害的金屬也大大減少?！盠evin補(bǔ)充說，“我們的聚合物中含有少量的鎳，但比鋰離子電池中的鎳含量少得多?！?/p>
