Ricercatori dello Skoltech Center for Energy Science and Technology, IPCP RAS e D.I. La Mendeleev University of Chemical Technology ha progettato un nuovo materiale catodico polimerico per batterie agli ioni metallici ultraveloci con caratteristiche superiori. I risultati di questo lavoro sono stati pubblicati nel Journal of Material Chemistry A .

Negli ultimi decenni, il consumo mondiale di energia è aumentato in modo significativo a causa della crescita della popolazione, l'industrializzazione e lo sviluppo di una grande varietà di elettrodomestici ed elettronica, con un particolare aumento del numero di dispositivi mobili e veicoli elettrici. È quindi urgente sviluppare tecnologie e dispositivi di accumulo di energia elettrochimica in grado di immagazzinare quantità sufficienti di energia e rilasciarla rapidamente su richiesta. Nonostante il fatto che le batterie agli ioni di litio a base di ossidi stratificati inorganici e fosfati dominino il mercato, migliorare ulteriormente le loro prestazioni è impegnativo poiché sono composti da elementi pesanti che limitano la capacità ottenibile.

Questo problema può essere risolto applicando composti organici come materiali catodici. I catodi organici offrono vantaggi come l'elevata densità di energia, notevole capacità di carica/scarica e buona resistenza a forti deformazioni meccaniche. Un altro importante vantaggio è la loro compatibilità ambientale, poiché i materiali organici sono costituiti solo da elementi naturalmente abbondanti (C, H, N, Oh, S) e può essere ottenuto da risorse rinnovabili. In assenza di metalli pesanti, il loro riciclaggio può essere effettuato come per i comuni rifiuti domestici, per esempio. plastica alimentare. Inoltre, l'uso di catodi organici consente di sostituire i costosi sali di litio nell'elettrolita con analoghi di sodio e potassio molto più economici.

Tra i numerosi progetti del gruppo di ricerca del professor Pavel Troshin, particolare attenzione è rivolta alla progettazione di nuovi composti di tipo polifenilammina, che rappresentano una delle famiglie più promettenti di materiali catodici organici per batterie agli ioni metallici.

"I materiali catodici a base di politrifenilammina e suoi analoghi descritti in letteratura dimostrano caratteristiche piuttosto eccezionali nelle batterie agli ioni metallici. In particolare, mostrano alti potenziali di scarica, buona stabilità in bicicletta, e può funzionare a velocità di carica/scarica elevate. Però, basse capacità specifiche limitano la commercializzazione di questo gruppo di materiali. Perciò, abbiamo concentrato i nostri sforzi sulla progettazione molecolare e sulla sintesi di un nuovo gruppo di macromolecole, che potenzialmente può fornire una maggiore densità di energia. Infatti, uno dei materiali progettati ha dimostrato prestazioni eccellenti durante la carica e la scarica alle velocità attuali fino a 200°C (la carica completa e la scarica richiedono solo 18 secondi, nota dell'editore). È importante che oltre al litio, siamo anche riusciti ad assemblare batterie agli ioni di sodio e potassio basate sullo stesso materiale, " dice il primo autore dell'opera pubblicata, Skoltech Ph.D. alunno, Filipp Obrezkov.

Così, i risultati ottenuti confermano un significativo potenziale di utilizzo di composti organici come catodi per batterie ultraveloci agli ioni metallici. L'ulteriore sviluppo di questo progetto potrebbe portare allo sviluppo di una nuova generazione di materiali per batterie con capacità specifica e densità di energia ancora più elevate ottenibili a densità di corrente elevate, che sono urgenti per soddisfare la domanda attuale e futura del mercato dei dispositivi portatili e dei veicoli elettrici.