Un gruppo di ricercatori guidati dal professor Skoltech Pavel Troshin ha studiato i polimeri di coordinazione, una classe di composti con applicazioni poco esplorate nelle batterie agli ioni metallici, e hanno dimostrato il loro possibile utilizzo futuro in dispositivi di accumulo di energia con un'elevata velocità e stabilità di carica/scarica. I risultati del loro studio sono stati pubblicati sulla rivista Chimica dei materiali .

La velocità di carica/scarica è una delle caratteristiche chiave delle batterie agli ioni di litio. La maggior parte delle batterie commerciali moderne necessita di almeno un'ora per essere completamente caricata, che certamente limita l'ambito della loro applicazione, in particolare, per veicoli elettrici. Il problema con i materiali attivi, come il materiale anodico più popolare, grafite, è che la loro capacità decade in modo significativo, all'aumentare della loro velocità di ricarica. Per mantenere la capacità della batteria a velocità di carica elevate, i materiali degli elettrodi attivi devono avere un'elevata conducibilità elettronica e ionica, come nel caso dei polimeri di coordinazione appena scoperti che derivano da ammine aromatiche e sali di metalli di transizione, come nichel o rame. Sebbene questi composti abbiano una grande promessa, la loro applicazione nelle batterie agli ioni di litio rimane praticamente inesplorata.

Un recente studio condotto da un gruppo di scienziati di Skoltech e dell'Istituto per i problemi di fisica chimica della RAS guidato dal professor P. Troshin in collaborazione con l'Università di Colonia (Germania) e l'Università Federale degli Urali, focalizzato su polimeri lineari a base di tetraamminobenzene di nichel e rame. Sebbene i polimeri lineari abbiano mostrato una conduttività elettronica iniziale molto più bassa rispetto alle loro controparti bidimensionali, è emerso che possono essere utilizzati come materiali anodici che si caricano/scaricano in meno di un minuto, perché la loro conduttività aumenta notevolmente dopo la prima scarica a causa del drogaggio al litio.

Inoltre, è stato riscontrato che questi materiali anodici hanno un'eccellente stabilità a velocità di carica/scarica elevate:è stato dimostrato che conservano fino al 79% della loro capacità massima dopo un massimo di 20, 000 cicli di carica-scarica.

Per di più, è stato scoperto che i polimeri a base di rame possono essere utilizzati sia come materiali anodici che catodici ad alta capacità. Gli autori sottolineano che ci sono molte opportunità per l'ottimizzazione della struttura, anche se il catodo non può ancora funzionare in modo stabile. "Esistono molti metodi per mettere a punto le caratteristiche dei polimeri di coordinazione, " spiega il primo autore dello studio e studente di Ph.D. Skoltech, Romano Kapaev. "In realtà qui si tratta di una sorta di kit di costruzione in cui le parti possono essere facilmente cambiate o sostituite. Possiamo modificare sia la struttura amminica che il catione del metallo di transizione, e così facendo, aumentare la capacità, aumentare o diminuire il potenziale redox, migliorare la stabilità e varie altre prestazioni. Questo studio pionieristico tocca un'ampia area di ricerca, quale, Sono sicuro, ha ancora molto da rivelare".