Органический катод расширяет возможности аккумуляторов

Конструкция из проводящего полимера обеспечивает более высокую плотность энергии, более широкую температурную устойчивость и повышенную безопасность в литий-ионных элементах.

Исследователи из Тяньцзиньского университета и Южно-Китайского технологического университета разработали органическую литий-ионную батарею, построенную на основе специально разработанного катодного материала.В исследовании описан проводящий полимерный электрод, разработанный для устранения давних ограничений в работе органических батарей.

Обычные литий-ионные батареи основаны на неорганических катодах, содержащих такие металлы, как кобальт и никель, что вызывает обеспокоенность по поводу доступности ресурсов, безопасности и механической жесткости.Органические электродные материалы, напротив, получают из более распространенных источников и могут быть структурно адаптированы, но исторически сталкивались с проблемами в достижении высокой плотности энергии и быстрого транспорта ионов лития.

Исследовательская группа разработала проводящий полимер n-типа, известный как полибензофурандион или PBFDO, в качестве катодного материала.Полимер демонстрирует высокую электронную проводимость, быстрый транспорт ионов лития и стабильное структурное поведение в различных условиях.Используя этот материал, команда собрала аккумуляторный элемент, плотность энергии которого превысила 250 ватт-часов на килограмм.Для сравнения, емкость литий-железо-фосфатных батарей обычно составляет от 160 до 200 ватт-часов на килограмм.

Батарея работала в диапазоне температур от минус 70 градусов по Цельсию до 80 градусов по Цельсию.В ходе механических испытаний органический катод сохранил структуру и емкость после изгиба и сжатия.Пакетный элемент с уровнем ампер-часа также прошел испытание на прокол без возгорания или взрыва.

«Это исследование преодолевает традиционные ограничения аккумуляторных технологий с точки зрения зависимости от ресурсов и воздействия на окружающую среду», — сказал профессор Сюй Юньхуа, ведущий исследователь.«Он не только соответствует плотности энергии коммерческих батарей, но также обеспечивает превосходную безопасность и гораздо более широкий диапазон рабочих температур».

Исследователи работают над пилотным производством и изучают возможности применения в гибкой электронике, носимых устройствах и легких системах хранения энергии, где безопасность, адаптируемость и температурная устойчивость имеют решающее значение.