Созданы экологичные литий-ионные батареи для электромобилей

• 22.01.2024
• 98 просмотров

Фото: Yves Herman / Reuters

Ученые Массачусетского технологического института (MIT) создали новый материал для экологичных аккумуляторов, которые могут использоваться для питания электромобилей. Об этом сообщает научный журнал ACS Central Science.

Новая литий-ионная батарея содержит катод на основе органических веществ вместо кобальта и никеля. Она проводит электричество с той же скоростью, что и батареи на основе кобальта, однако ее можно производить с гораздо меньшими затратами. При этом устройство обладает сопоставимой емкостью и может заряжаться быстрее, чем его аналоги.

Материал состоит из множества слоев TAQ (бис-тетрааминобензохинона) — небольшой органической молекулы с тремя гексагональными кольцами, содержащей аминогруппы и хинонные группы. Первые помогают соединению образовывать прочные водородные связи, делающие материал стабильным и нерастворимым, тогда как вторые являются резервуаром электронов. Эксперименты показывают, что TAQ способен выдержать более 2000 циклов заряда с минимальной деградацией.

Чтобы стабилизировать материал электрода и повысить стабильность контакта с токоприемником батареи, сделанным из меди или алюминия, были добавлены такие наполнители, как целлюлоза и резина. Они составляют менее одной десятой катодного композита и не уменьшают емкость аккумулятора.

Большинство электромобилей питаются от литий-ионных аккумуляторов — типа аккумуляторов, которые перезаряжаются, когда ионы лития перетекают от положительно заряженного электрода, называемого катодом, к отрицательно заряженному электроду, называемому анодом. В большинстве литий-ионных батарей катод содержит кобальт — металл, обладающий такими характеристиками, как высокая стабильность и плотность энергии.

В то же время кобальт является дефицитным металлом, а большая часть его месторождений находится в странах со сложной политической обстановкой. Кроме того, добыча кобальта сопряжена с опасными условиями труда и приводит к образованию токсичных отходов, загрязняющих окружающую среду рядом с шахтами. Одним из используемых на практике альтернативных материалов является литий-железо-фосфат (LPF), который, однако, имеет в два раза меньшую плотность энергии.