Органика вместо кобальта: канадцы задумали обезопасить литиево-ионные батареи

Исследователи из Йоркского университета в Торонто подошли на шаг ближе к созданию органических батарей. В перспективе учёные мечтают об экологически чистых аккумуляторах без дефицитных и опасных для человека и природы металлов. Мощность и ёмкость аккумуляторов при этом не должны пострадать, а может, даже станут лучше.

Команда профессора Томаса Баумгартнера (Thomas Baumgartner) с Факультета науки Йоркского университета создала органическую молекулу, которая призвана заменить кобальт в литиево-ионных аккумуляторах. Точнее, заменить этот редкий и токсичный тяжёлый металл в составе анода и катода батарей. Переход на органику кроме экологической чистоты сулит неограниченный поток сырья для изготовления аккумуляторов, тогда как запасы кобальта на Земле ограничены.

«Органические электродные материалы считаются чрезвычайно перспективными материалами для устойчивых аккумуляторов с высокими энергетическими возможностями», — заявляют исследователи.

Недавним прорывом в исследованиях стало создание новой органической молекулы на основе углерода. Новый материал устраняет недостатки неорганического материала с сохранением производительности. Напряжение экспериментального элемента с органикой в электродах вместо кобальта достигало 3,5 В, что соответствует рабочему диапазону обычных «металлических» литиево-ионных элементов. Количество циклов заряда и разряда опытного элемента тоже хорошее и может преодолевать уровень в 500 циклов.

Ещё одним достоинством литиево-ионных аккумуляторов из органических материалов стало то, что они почти не нагреваются в процессе даже очень интенсивной зарядки. Элементы с металлами в анодах и катодах в таких условиях быстро разогреваются и могут нести угрозу возгорания, как и ограничивают токи заряда и разряда. Органические элементы устраняют эти ограничения, а значит, смогут эксплуатироваться на повышенных мощностях и быстрее заряжаться.

Данные об исследовании удостоились чести быть проиллюстрированными на мартовской обложке журнала Batteries & Supercaps. Ранее об исследовании сообщалось в журнале Advanced Energy Materials. На следующем этапе канадские учёные попытаются создать ещё более эффективную органическую молекулу для более мощных и ёмких аккумуляторов.