Los investigadores proponen material orgánico atractivo y barato para las baterías

Un nuevo informe de los científicos de Skoltech y sus colegas describe material orgánico para una nueva generación de dispositivos de almacenamiento de energía estructurados según el elegante principio del diseño molecular. Fue publicado recientemente en Materiales energéticos ACS e hizo una portada de revista.

Durante mundo moderno se basa en energía almacenamiento Con cada vez más dispositivos, es cada vez más importante implementar tecnologías de baterías sostenibles que sean más respetuosas con el medio ambiente, fáciles de reciclar, que solo se basen en abundantes elementos y sean baratas. Las baterías verdes son candidatos bienvenidos para tales propósitos. Sin embargo, los materiales de cátodos orgánicos, que almacenan mucha energía por unidad de masa, pueden cargarse rápidamente, son duraderos y pueden producirse fácilmente a gran escala al mismo tiempo, siguen estando poco desarrollados.

Para resolver este problema, los científicos de Skoltech propusieron una poliimida simple con actividad redox. Se sintetizó calentando una mezcla de dianhídrido aromático y metafenilendiamina, ambos reactivos fácilmente disponibles. El material mostró características prometedoras en una variedad de tipos. dispositivos de almacenamiento de energíacomo baterías de litio, sodio y potasio. Tenía altas capacidades específicas (hasta ~ 140 mAh / g), potenciales redox relativamente altos, así como una estabilidad de ciclo decente (hasta 1000 ciclos) y capacidad de carga rápida (

La energía y la producción de potencia del nuevo material fueron mejores en comparación con su isómero conocido anteriormente, que se deriva de la parafenilendiamina. Con la ayuda de colegas del Instituto de Física Química de la Academia de Ciencias de Rusia, se ha demostrado que hay dos razones por las que la nueva poliimida funciona mejor. Primero, tenía partículas más pequeñas y un área de superficie específica mucho más grande, lo que permitió una difusión más fácil de los portadores de carga. En segundo lugar, la disposición espacial de las unidades de imida adyacentes en el polímero permitió una unión más favorable desde el punto de vista energético de los iones metálicos, lo que aumentó los potenciales redox.

“Este trabajo es interesante no sólo porque se investigó un material de cátodo orgánico diferente”, dice el Dr. Roman Kapaev, Dr. Skoltech. el estudiante que diseñó este estudio. “Estamos proponiendo un nuevo principio para el diseño molecular de poliimidas de batería, que utiliza moléculas aromáticas con grupos amino en posiciones meta como bloques de construcción. Durante mucho tiempo, los científicos ignoraron este motivo estructural y en su lugar utilizaron parafenilendiamina o estructuras similares. Nuestros resultados son una buena indicación de cómo deben diseñarse las poliimidas de batería a nivel molecular, lo que podría conducir a materiales de cátodo con propiedades aún mejores ‘.