Учени описаха нов органичен материал за следващото поколение устройства за съхраняване на енергия, чиято структура следва елегантен принцип на молекулярния дизайн.

Съвременният свят разчита все повече на устройства за съхраняване на електричество, което означава, че се нуждаем повече от всякога от добра технология за батерии, която е безопасна за околната среда, лесна за рециклиране, използва достъпни елементи и е евтина. Именно органичните батерии са добър кандидат за тази цел. В същото време обаче технологията зад такива органични материали, които съхраняват много енергия и са издръжливи, остава недостатъчно добре развита.

За да се справят с този проблем, учените предлагат вид полиимид, синтезиран от нагряването на смес от ароматен дианхидрид и мета-фенилендиамин, и двата лесно достъпни реагента. Материалът показва обещаващи характеристики в различни видове устройства за съхранение на енергия, като батерии на литиева, натриева и калиева основа. Той има висок специфичен капацитет (до ~ 140 mAh/g), относително висок редокс потенциал, както и прилична стабилност при цикличност (до 1000 цикъла) и способности за бързо зареждане (<1 мин).

Количеството енергия и мощността на новия материал е по-добра в сравнение с неговия известен по-рано изомер, който се получава от пара-фенилендиамин. С помощта на сътрудници от Института по проблеми на химическата физика на Руската академия на науките беше показано, че има две причини за по-доброто представяне на новия полиимид. Първо, той има по-малки частици и много по-висока специфична повърхност, което позволява по-лесно дифузиране на носителите на заряд. На второ място, пространственото разположение на съседните имидни единици в полимера позволява енергийно по-благоприятно свързване на метални йони, което увеличава редокс потенциалите.

„Тази идея е интересна не само защото е изследван друг материал от органични катоди“, казва Роман Капаев. „Това, което ние предлагаме, е нов принцип на молекулен дизайн на полиимидите на батериите, който използва ароматни молекули с аминогрупи в мета-позиции като градивни елементи. Дълго време учените са обръщали малко внимание на този структурен мотив и са използвали пара-фенилендиамин или подобни структури. Нашите резултати са стъпка към разбирането как полиимидите на батериите трябва да бъдат проектирани на молекулярно ниво и това може да доведе до катодни материали с още по-добри характеристики.“

Снимка: ACS Applied Energy Materials

Виж още: Изкуствен интелект ще разпознава дали сте болни от COVID-19 според кашлицата ви