面對(duì)鋰離子電池的需求激增和有限的鋰儲(chǔ)量，科學(xué)家們正在尋找鋰技術(shù)的替代品。來自Skoltech，D。Mendeleev大學(xué)的俄羅斯研究人員以及RAS化學(xué)物理問題研究所已經(jīng)合成并測試了用于鋰雙離子電池的新型聚合物基正極材料。測試表明，新陰極可承受25,000個(gè)工作周期，并在幾秒鐘內(nèi)充電，因此性能優(yōu)于鋰離子電池。陰極也可用于生產(chǎn)較便宜的鉀雙離子電池。該研究發(fā)表在《能源技術(shù)》雜志上。

由于許多設(shè)備通常以自主模式運(yùn)行，因此全球消耗的電量每年都在增長，對(duì)能量存儲(chǔ)解決方案的需求也在增長。鋰離子電池可以產(chǎn)生巨大的功率，同時(shí)表現(xiàn)出相當(dāng)高的放電和充電率以及每單位質(zhì)量的存儲(chǔ)容量，使其成為電子，電力運(yùn)輸和全球電網(wǎng)中流行的存儲(chǔ)設(shè)備。例如，澳大利亞正在啟動(dòng)一系列大型鋰離子電池存儲(chǔ)項(xiàng)目，以管理多余的太陽能和風(fēng)能。

如果鋰離子電池繼續(xù)大量生產(chǎn)，那么世界鋰儲(chǔ)量可能會(huì)用完。隨著剛果生產(chǎn)60%的鋰離子電池正極鈷，鈷價(jià)格可能會(huì)飆升。鋰也是如此，因?yàn)殇囬_采中的水消耗對(duì)環(huán)境構(gòu)成了巨大挑戰(zhàn)。因此，研究人員正在尋找新的儲(chǔ)能設(shè)備，該設(shè)備依賴于更多易用的材料，同時(shí)使用與鋰離子電池相同的工作原理。

該團(tuán)隊(duì)使用了一種有前途的后鋰雙離子技術(shù)，該技術(shù)基于涉及電解質(zhì)陰離子和陽離子的電化學(xué)過程，與鋰離子電池相比，可實(shí)現(xiàn)充電速率的全面提高。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是陰極原型是由可從各種有機(jī)化合物合成的聚合芳香胺制成的。

Skoltech博士Filipp A. Obrezkov說：“我們先前的研究針對(duì)的是可在幾秒鐘內(nèi)完成充電和放電的超快大容量電池的聚合物陰極。” 學(xué)生和論文的第一作者。“我們使用了多種選擇，包括線性聚合物，其中每個(gè)單體單元僅與兩個(gè)相鄰單元鍵合。在這項(xiàng)研究中，我們繼續(xù)研究了新的支化聚合物，其中每個(gè)單元均與至少三個(gè)其他單元鍵合。它們共同形成大的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)這樣可以確保電極過程的動(dòng)力學(xué)更快。用這些材料制成的電極顯示出更高的充電和放電速率。”

標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池充滿了含鋰的電解質(zhì)，并通過隔板分為陽極和陰極。在充電電池中，大多數(shù)鋰原子都結(jié)合在陽極的晶體結(jié)構(gòu)中。隨著電池放電，鋰原子通過隔板從陽極移動(dòng)到陰極。俄羅斯團(tuán)隊(duì)研究了雙離子電池，其中的電化學(xué)過程涉及電解質(zhì)的陽離子(即鋰陽離子)和分別進(jìn)入和退出陽極和陰極材料結(jié)構(gòu)的陰離子。

另一個(gè)新穎的特征是，在一些實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家們使用鉀電解質(zhì)而不是昂貴的鋰電解質(zhì)來獲得鉀雙離子電池。

該團(tuán)隊(duì)合成了二氫吩嗪與二苯胺(PDPAPZ)和吩噻嗪(PPTZPZ)的兩種新型共聚物，它們用于生產(chǎn)陰極。作為陽極，他們使用了金屬鋰和鉀。由于這些稱為半電池的電池原型的關(guān)鍵特征是由陰極驅(qū)動(dòng)的，因此科學(xué)家組裝它們以快速評(píng)估新型陰極材料的功能。

盡管PPTZPZ半電池表現(xiàn)出平均性能，但PDPAPZ卻表現(xiàn)出更高的效率：帶有PDPAPZ的鋰半電池充電和放電相當(dāng)快，即使在25,000個(gè)工作循環(huán)后，仍表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性并保持其容量的三分之一。如果普通電話電池保持穩(wěn)定，則可以每天充電和放電70年。PDPAPZ鉀半電池表現(xiàn)出398 Wh / kg的高能量密度。為了比較，普通鋰電池的值為200-250 Wh / kg，包括陽極和電解質(zhì)的重量。因此，俄羅斯團(tuán)隊(duì)證明了聚合物陰極材料可用于制造高效的鋰和鉀雙離子電池。

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