Петербургские ученые разработали новый тип аккумулятора, который безопаснее и заряжается вдесятеро быстрее литиевых.

Сотрудники санкт-петербургского государственного университета новый тип полимерных аккумуляторных ячеек создали. Батареи на ее основе заряжаются на порядок быстрее современных литиевых, устойчивы к холоду и содержат минимальное количество опасных для окружающей среды веществ. В то же время в таком аккумуляторе нет ничего, что могло бы загореться или взорваться при нарушении условий эксплуатации.

Разработка нового полимера, из которого можно сделать катод батареи с такими заманчивыми свойствами, заняла три года. Описание этого соединения, его характеристики и результаты лабораторных испытаний представлены в рецензируемом журнале Chemistry Europe. Статья вышла несколько месяцев назад, но по каким-то причинам публика заметила любопытную отечественную разработку только сейчас.
Как объясняют ученые, создавшие этот материал, идея зародилась еще в 2016 году. Коллектив занялся созданием перспективных полимерных электродов для литийионных аккумуляторов при поддержке российского научного фонда. Результатом работы стало понимание, что у подобных материалов есть два направления развития: они могут как служить в защитных слоях обычных батарей, так и выполнять активную электрозапасающую роль в перспективных ячейках.

После отсева нестабильных соединений во время ряда экспериментов у российских ученых получился работоспособный вариант. Это сложный полимер, основой которого служит длинная цепь комплексов никеля с лигандами ( "Сален", Nisalen. На микроскопическую нить прикрепляются нитроксильные фрагменты - органические радикалы, содержащие азот и кислород. Они способны быстро участвовать в окислительно-восстановительных реакциях, то есть запасать или отдавать энергию.
Таким образом, в новых аккумуляторах не используют соединения лития, ответственные за высокий риск возгорания батареи при физическом повреждении, перегреве или коротком замыкании. В качестве анода ученые из спбгу применили распространенные решения на основе графита. Но в дальнейшем и этот элемент можно улучшить, создав более оптимальный материал.

В лабораторных испытаниях созданный отечественными специалистами полимер показал себя впечатляюще. После двух тысяч циклов заряда - разряда он сохранил две третьих своей первоначальной емкости. Одно из ключевых достоинств новинки, помимо повышенной безопасности, - температурная устойчивость.

Естественно, ничего не получается бесплатно. Поскольку используются соединения металлов тяжелее лития, удельная емкость этой ячейки на 30-40% ниже, чем у современных аккумуляторов. Увеличить показатель возможно, однако радикальных улучшений ждать не стоит - химию с физикой не обманешь. С другой стороны, этот недостаток с лихвой компенсируется быстрой скоростью зарядки - вдесятеро быстрее, чем у литийионных. Сейчас ученые работают над созданием методик промышленного производства нового полимера, первых результатов можно ждать в течение года - двух.