Britští vědci vyvinuli organické elektrodové materiály, které integrují redoxně aktivní organické molekuly do polymerů s dlouhým řetězcem. Nové elektrody vykazují lepší cyklický výkon v lithium-iontových bateriích bez zjevného poklesu kapacity během více než tisíce cyklů nabíjení a vybíjení.
Polymerní elektrodové materiály
Výzkumníci z Imperial College London navrhli polymerní elektrodové materiály. Materiály zajišťují lepší stabilitu lithium-iontových baterií a řeší problémy s organickými elektrodovými molekulami, jako je ztráta skladovací kapacity v průběhu času, pomalý transport iontů a pomalý přenos elektronů.
Nové materiály obsahují redoxně aktivní organické molekuly, které uvolňují a uchovávají energii. Polymerní částice se rozpustí a smíchají s uhlíkovými přísadami, aby se z nich vyrobily bateriové elektrody.
„Vyvinuli jsme nové polymerní elektrodové materiály, které kombinují zpracovatelnost v roztoku, redoxní aktivitu a subnanometrové póry,“ řekl výzkumník Anqi Wang. „Náš přístup k molekulárnímu designu je synergickou kombinací organických elektrodových materiálů a porézních polymerů vyvinutých v posledních desetiletích.“
Vlastnosti materiálu
Polymerní elektrodové materiály mají vlastní subnanometrové póry, které umožňují rychlý transport Li-iontů během provozu baterie. Vytváření těchto subnanopórů je přímým důsledkem jejich jedinečné struktury makromolekulárních řetězců, které jsou velmi tuhé a neohrabaně tvarované.
Další jedinečnou vlastností těchto polymerů je jejich zpracovatelnost v roztoku. To znamená, že je lze rozpustit v organickém rozpouštědle a poté zpracovat do libovolných forem a tvarů jako kompozit nebo samostatný materiál. To zvyšuje univerzálnost a jednoduchost jejich použití jako bateriových elektrod.
„Technika zpracování roztoku je vhodná pro integraci do stávajících výrobních procesů bateriových elektrod, které se již ve velkém měřítku používají v průmyslu,“ uvedl výzkumník Rui Tan.
Nová metoda také vede k výrazně lepšímu promíchání a kontaktu mezi polymery a uhlíkovými přísadami, včetně uhlíkových nanotrubiček. Podle výzkumníků by taková kontrola rozhraní mohla podpořit homogenní rozložení proudu v elektrodě. U běžných elektrodových materiálů se toho dalo jen těžko dosáhnout.
Vědci popsali své výsledky v článku „Solution-processable redox-active polymers of intrinsic microporosity for electrochemical energy storage“, který nedávno publikovali v ACS Publications. Poznamenali, že elektrody baterií vykazují stabilní cyklický výkon bez zjevného poklesu kapacity během více než tisíce cyklů nabíjení a vybíjení.
Zdroje: pv-magazine, Vapol
