Разработан органический катод для мощных батарей

Сотрудники Брукхейвенской Национальной Лаборатории разработали новый органический катодный материал для литиевых батарей. Продукт с серным ядром характеризуется большей энергоемкостью, экономической эффективностью и экологичностью, в сравнении со стандартными аналогами.

Результаты исследования представлены в Advanced Energy Materials, сообщает sciencedaily.com. На работу ученых подтолкнул растущий спрос на литиевые батареи и вызванная ним необходимость оптимизации систем.

«Для электромобилей и других крупных устройств требуется увеличить энергоемкость аккумуляторов, — сказала Зулипия Шадике, ведущий автор работы. – Мы пытаемся создать новые стабильные и мощные батарейные системы».

Команда выбрала серу из-за способности формировать множество связей, что позволяет удерживать больше лития. Она также легче традиционных элементов для катодных материалов. Использование серы уменьшит массу аккумулятора, позволяя машине проехать дальше на том же заряде. Но, в процессе зарядки, элемент может формировать нежелательные продукты, растворяющие электролит и ухудшающие работу аккумулятора. Ученые решили проблему, прикрепив атомы серы к органическому каркасу.

Авторы использовали органодисульфид. Соединение не содержит тяжелых металлов, обычно встречающихся в литиевых батареях. Оно включает элементы, вроде водорода, углерода, серы и кислорода. Рентгеновское оборудование позволило определить, как определенные компоненты влияют на показатели материала.

«Наши коллеги из химического отдела синтезировали катод по теоретически предсказанной структуре. Удивительно, но экспериментальные наблюдения соответствовали расчетам», — сказал Санджит Гхосе, соавтор работы.

Опыты подтвердили, что карбонильная группа с двойной связью между углеродом и кислородом, не только играет важную роль в ускорении зарядки, но и добавляет емкость. Авторы уверены, что их исследование предлагает новую стратегию улучшения показателей серных катодов в литиевых аккумуляторах.