Исследователи из Ульмского и Фрайбургского университетов в Германии разработали новый материал положительного электрода для алюминий-ионных аккумуляторов с использованием органического окислительно-восстановительного полимера, который показал более высокую емкость, чем графит. Об этом сообщает сайт SciTechDaily. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Алюминий-ионные аккумуляторы рассматриваются потенциальным преемником традиционных аккумуляторов, которые основаны на труднодоступных и проблемно перерабатываемых материалах, таких как литий. Выгоды перехода к новому типу батарей объясняются обилием алюминия в земной коре, его пригодностью для повторного использования, а также его большей безопасностью и экономической эффективностью по сравнению с литием.
Тем не менее, разработки алюминий-ионных аккумуляторов все еще остаются далекими от коммерчески приемлемых решений, поскольку исследователи все еще ищут подходящие электродные материалы, которые могут обеспечить достаточную емкость. Прорыв в этой области был недавно совершен исследовательской группой из Германии под руководством профессора Биргит Эссер из Ульмского университета и профессоров Инго Кроссинга и Анны Фишер из Фрайбургского университета.
Немецкие ученые разработали новый материал положительного электрода для алюминий-ионных аккумуляторов, состоящий из органического окислительно-восстановительного полимера на основе фенотиазина. В ходе тестирования алюминиевые батареи с электродами из этого материала показали недостижимую ранее емкость, превосходя графит, который в основном используется в качестве электродного материала в батареях.
«Наше внимание было сосредоточено на разработке новых органических окислительно-восстановительных материалов, обладающих высокими эксплуатационными характеристиками и обратимыми свойствами. Изучая окислительно-восстановительные свойства поли(3-винил-N-метилфенотиазина) в ионной жидкости на основе хлоралюмината, мы совершили значительный прорыв, впервые продемонстрировав обратимый двухэлектронный окислительно-восстановительный процесс для электродного материала на основе фенотиазина», – отметил Готье Штудер, один из ведущих исследователей.
Согласно его пояснениям, исследователи использовали ионную жидкость хлорида этилметилимидазолия в качестве электролита с добавлением хлорида алюминия. Материал электрода окисляется во время зарядки аккумулятора, поглощая комплексные анионы алюмината. Таким образом, в органический окислительно-восстановительный полимер поли(3-винил-N-метилфенотиазин) получается встроить два AlCl4-аниона, а сам процесс производится обратимо.
Как показали тестовые эксперименты, поли(3-винил-N-метилфенотиазин) осаждает AlCl4-анионы при потенциалах 0,81 и 1,65 вольт и обеспечивает удельную емкость до 167 мАч/г. Для сравнения, разрядная емкость графита в качестве электродного материала в алюминиевых батареях составляет лишь 120 мАч/г.
После 5000 циклов ускоренной зарядки/разрядки (при средней скорости операций в 6 минут) батарея, представленная германской исследовательской группой, по-прежнему сохраняла 88% своей расчетной емкости при 10°C. В более «щадящем» режиме, т.е. при более длительном времени зарядки и разрядки, батарея стабильно возвращалась к своей первоначальной емкости без потерь.
«Благодаря высокому напряжению разряда и удельной емкости, а также отличному сохранению емкости при высоких скоростях зарядки/разрядки, новый электродный материал представляет собой большой шаг вперед в разработке перезаряжаемых алюминиевых батарей и, следовательно, передовых и доступных решений для хранения энергии», – подчеркнула профессор Биргит Эссер.