Un groupe de chercheurs dirigé par le professeur Skoltech Pavel Troshin a étudié les polymères de coordination, une classe de composés aux applications peu explorées dans les batteries métal-ion, et ont démontré leur utilisation future possible dans des dispositifs de stockage d'énergie avec un taux de charge/décharge et une stabilité élevés. Les résultats de leur étude ont été publiés dans la revue Chimie des Matériaux .

Le taux de charge/décharge est l'une des caractéristiques clés des batteries lithium-ion. La plupart des batteries commerciales modernes ont besoin d'au moins une heure pour être complètement chargées, ce qui limite certainement le champ de leur application, en particulier, pour les véhicules électriques. Le problème avec les matières actives, tels que le matériau d'anode le plus populaire, graphite, est que leur capacité diminue considérablement, à mesure que leur taux de charge augmente. Pour conserver la capacité de la batterie à des taux de charge élevés, les matériaux actifs des électrodes doivent avoir une conductivité électronique et ionique élevée, ce qui est le cas des polymères de coordination nouvellement découverts qui sont dérivés d'amines aromatiques et de sels de métaux de transition, comme le nickel ou le cuivre. Bien que ces composés soient très prometteurs, leur application dans les batteries lithium-ion reste pratiquement inexplorée.

Une étude récente entreprise par un groupe de scientifiques de Skoltech et de l'Institut pour les problèmes de physique chimique de RAS dirigée par le professeur P. Troshin en collaboration avec l'Université de Cologne (Allemagne) et l'Université fédérale de l'Oural, axé sur les polymères linéaires de nickel et de cuivre à base de tétraaminobenzène. Bien que les polymères linéaires présentaient une conductivité électronique initiale beaucoup plus faible par rapport à leurs homologues bidimensionnels, il s'est avéré qu'ils peuvent être utilisés comme matériaux d'anode qui se chargent/se déchargent en moins d'une minute, car leur conductivité augmente considérablement après la première décharge en raison du dopage au lithium.

En outre, il a été constaté que ces matériaux d'anode ont une excellente stabilité à des vitesses de charge/décharge élevées :il a été démontré qu'ils conservent jusqu'à 79 % de leur capacité maximale après 20 %, 000 cycles de charge-décharge.

Par ailleurs, il a été découvert que les polymères à base de cuivre peuvent être utilisés à la fois comme matériaux d'anode et de cathode à haute capacité. Les auteurs soulignent qu'il existe de nombreuses possibilités d'optimisation de la structure, même si la cathode ne peut pas encore fonctionner de manière stable. « Il existe de nombreuses méthodes pour affiner les caractéristiques des polymères de coordination, " explique le premier auteur de l'étude et doctorant Skoltech, Romain Kapaev. "En fait, nous avons affaire ici à une sorte de kit de construction où les pièces peuvent être facilement changées ou remplacées. Nous pouvons modifier à la fois la structure amine et le cation du métal de transition, et ce faisant, augmenter la capacité, augmenter ou diminuer le potentiel redox, améliorer la stabilité et diverses autres performances. Cette étude pionnière touche à un vaste domaine de recherche, lequel, Je suis sûr, a encore beaucoup à révéler."