Chercheurs du Skoltech Center for Energy Science and Technology, IPCP RAS et D.I. L'Université de technologie chimique de Mendeleev a conçu un nouveau matériau de cathode polymère pour les batteries métal-ion ultrarapides avec des caractéristiques supérieures. Les résultats de ces travaux ont été publiés dans le Journal de chimie des matériaux A .

Au cours des dernières décennies, la consommation mondiale d'énergie a augmenté de manière significative en raison de la croissance démographique, l'industrialisation et le développement d'une grande variété d'appareils électroménagers et électroniques, avec une augmentation particulière du nombre d'appareils mobiles et de véhicules électriques. Il existe donc un besoin urgent de développer des technologies et des dispositifs électrochimiques de stockage d'énergie capables de stocker des quantités suffisantes d'énergie et de la restituer rapidement à la demande. Malgré le fait que les batteries lithium-ion à base d'oxydes et de phosphates inorganiques en couches dominent le marché, améliorer encore leurs performances est un défi car ils sont composés d'éléments lourds limitant la capacité réalisable.

Ce problème peut être résolu par l'application de composés organiques comme matériaux de cathode. Les cathodes organiques offrent des avantages tels qu'une densité énergétique élevée, capacité de taux de charge/décharge impressionnante et bonne résistance aux fortes déformations mécaniques. Un autre avantage important est leur respect de l'environnement, puisque les matières organiques ne sont constituées que d'éléments naturellement abondants (C, H, N, , S) et peut être obtenu à partir de ressources renouvelables. En l'absence de métaux lourds, leur recyclage peut se faire de la même manière que pour les ordures ménagères banales, par exemple. plastique alimentaire. De plus, l'utilisation de cathodes organiques permet de remplacer les sels de lithium coûteux dans l'électrolyte par des analogues de sodium et de potassium beaucoup moins chers.

Parmi les nombreux projets de l'équipe de recherche du professeur Pavel Troshin, une attention particulière est portée à la conception de nouveaux composés de type polyphénylamine, qui représentent l'une des familles les plus prometteuses de matériaux cathodiques organiques pour les batteries métal-ion.

"Les matériaux cathodiques à base de polytriphénylamine et de ses analogues décrits dans la littérature présentent des caractéristiques plutôt remarquables dans les batteries métal-ion. En particulier, ils présentent des potentiels de décharge élevés, bonne stabilité en cyclisme, et peut fonctionner à des taux de charge/décharge élevés. Cependant, les faibles capacités spécifiques limitent la commercialisation de ce groupe de matériaux. Par conséquent, nous avons concentré nos efforts sur la conception moléculaire et la synthèse d'un nouveau groupe de macromolécules, qui peut potentiellement fournir une densité d'énergie plus élevée. En effet, l'un des matériaux conçus a démontré d'excellentes performances lorsqu'il est chargé et déchargé aux taux actuels allant jusqu'à 200 °C (la charge et la décharge complètes ne prennent que 18 secondes, Note de l'éditeur). Il est important qu'outre le lithium, nous avons également réussi à assembler des batteries sodium et potassium ion à base du même matériau, " dit le premier auteur de l'ouvrage publié, Doctorat Skoltech étudiant, Philippe Obrezkov.

Ainsi, les résultats obtenus confirment un potentiel important de l'utilisation de composés organiques comme cathodes pour les batteries métal-ion ultrarapides. Le développement ultérieur de ce projet peut entraîner le développement d'une nouvelle génération de matériaux de batterie avec une capacité spécifique et une densité d'énergie encore plus élevées réalisables à des densités de courant élevées, qui sont nécessaires de toute urgence pour satisfaire la demande actuelle et future sur le marché des appareils portables et des véhicules électriques.