Η νέα οργανική μπαταρία μπορεί να αντέξει 40.000 κύκλους φόρτισης
Επιστήμονες από την Κίνα και τη Σιγκαπούρη ανέπτυξαν μια μπαταρία HAT-TP με έγχυση ψευδαργύρου που μπορεί να ξεπεράσει τους κύριους περιορισμούς των οργανικών μπαταριών – χαμηλή ισχύ και αστάθεια. Το νέο πολυμερές υλικό παρέχει αρχική τάση 1,32 V και διατηρεί το 93% της χωρητικότητας μετά από 40.000 κύκλους φόρτισης-εκφόρτισης. Η ανάπτυξη ανοίγει το δρόμο για ασφαλείς, ανακυκλώσιμες και αποδοτικές πηγές ενέργειας για ευέλικτα ηλεκτρονικά και μεγάλα συστήματα αποθήκευσης δεδομένων.
Οι οργανικές μπαταρίες θα μπορούσαν να είναι μια ιδανική λύση για αποθήκευση ενέργειας λόγω της ελαφρότητας, της δυνατότητας ανακύκλωσης και της απουσίας τοξικών μετάλλων. Ωστόσο, τους λείπει η δύναμη και η σταθερότητα. Οι ερευνητές δημιούργησαν ένα νέο πολυμερές υλικό που ξεπερνά αυτούς τους περιορισμούς, παρέχοντας πίεση και ανθεκτικότητα που σπάει ρεκόρ.
Η μπαταρία HAT-TP βασίζεται σε θραύσματα εξααζατριφαινυλενίου και τριπιτσενίου συνδυασμένα σε ένα τρισδιάστατο πολυμερές πλαίσιο. Αυτή η δομή αυξάνει τον αριθμό των ηλεκτροενεργών κέντρων και βελτιώνει την αγωγιμότητα. Μειώνει επίσης τη διαλυτότητα της καθόδου στον ηλεκτρολύτη, γεγονός που έχει καλή επίδραση στη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Ως αποτέλεσμα, η μπαταρία επιδεικνύει σταθερή απόδοση και εξαιρετικές ηλεκτροχημικές ιδιότητες.
Ο μηχανισμός της μπαταρίας βασίζεται στην αναστρέψιμη συν-εισαγωγή ιόντων ψευδαργύρου (Zn²⁺) και πρωτονίων (H⁺), η οποία επιτρέπει στην μπαταρία να μεταφέρει πέντε ηλεκτρόνια και να επιδεικνύει υψηλή δραστηριότητα οξειδοαναγωγής. Θεωρητικοί υπολογισμοί έχουν δείξει ότι στο HAT-TP, τα ιόντα ψευδαργύρου και τα πρωτόνια συνδέονται ιδιαίτερα ισχυρά με τη δομή του πολυμερούς. Αυτό εξηγεί γιατί η μπαταρία είναι ικανή να παράγει υψηλή τάση όταν αποφορτίζεται.
Οι δοκιμές έδειξαν ότι η μπαταρία παρέχει αρχική τάση 1.32 V και μέση τάση 1.17 V και διατηρεί περισσότερο από το 93% της χωρητικότητας μετά από 40,000 κύκλους σε φορτίο 5 A·G⁻¹ με σχεδόν 100% απόδοση Coulomb. Αυτό είναι ένα από τα υψηλότερα ποσοστά αντοχής για μπαταρίες ψευδαργύρου-οργανικού ψευδαργύρου με βάση το νερό. Η ενεργειακή πυκνότητα ήταν 192,8 Wh·kg⁻¹.
Οι μπαταρίες HAT-TP μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε αποθήκευση ενέργειας μεγάλης κλίμακας, καθώς και σε εύκαμπτα και φορητά ηλεκτρονικά, όπου η ελαφρότητα, η ασφάλεια και η φιλικότητα προς το περιβάλλον είναι σημαντικές. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι οι αρχές σχεδιασμού των τρισδιάστατων πολυμερών μπορούν να μεταφερθούν σε άλλα συστήματα μπαταριών, συμπεριλαμβανομένων των μπαταριών λιθίου-θείου και νατρίου.
Новый органический аккумулятор выдерживает 40 000 циклов зарядки