Японская команда разработала полностью твердотельную перезаряжаемую воздушную батарею
Металлы часто используются в качестве активных материалов в отрицательном электроде аккумуляторов. В последнее время окислительно-восстановительные органические молекулы,Японскаякомандаразработалаполностьютвердотельнуюперезаряжаемуювоздушнуюбатарею такие как молекулы на основе хинонов и аминов, стали использовать в качестве отрицательных электродов в перезаряжаемых металло-воздушных батареях с кислородвосстанавливающими катодами, в которых в окислительно-восстановительной реакции участвуют протоны и гидроксильные ионы. Эта батарея демонстрирует сверхвысокую производительность и может приближаться к максимально теоретически возможной емкости.
Кроме того, использование окислительно-восстановительных органических молекул в воздушных аккумуляторных батареях позволяет решить проблемы, связанные с металлами, в том числе образование «дендритов», которые не только влияют на производительность батареи, но и негативно влияют на окружающую среду. Однако в этих батареях используются жидкие электролиты (так же, как и в металлических батареях), что создает серьезные проблемы с безопасностью, такие как высокое сопротивление, эффекты выщелачивания и воспламеняемость.
По сообщениям зарубежных СМИ, японские исследователи под руководством профессора Кендзи Миятаке из Университета Васэда и Университета Яманаси разработали полностью твердотельную аккумуляторную воздушную батарею (SSAB) и изучили ее емкость и долговечность.
Источник изображения: Университет Васэда
Соответствующее исследование было опубликовано в журнале «Angewandte Chemie International Edition», а также в журнале Co- автор — профессор Университета Васэда Кеничи Ояидзу.
Исследователи выбрали химическое вещество под названием 2,5-дигидрокси-1,4-бензохинон (DHBQ) и его полимер из-за его стабильной и обратимой окислительно-восстановительной реакции в кислых условиях. 1,4-бензохинон-3,6-метилен) (ПДБМ) в качестве отрицательного активного материала. Кроме того, они использовали протонпроводящий полимер под названием Нафион в качестве твердого электролита, заменив традиционный жидкий электролит.
Миятаке сказал: «Насколько мне известно, еще не разработана воздушная батарея на основе органических электродов и твердых полимерных электролитов».
После создания SSAB исследователи провели исследование Эксперименты Оценивались его зарядно-разрядные характеристики, скоростные характеристики и цикличность. Они обнаружили, что в отличие от типичных воздушных батарей, в которых используется металлический отрицательный электрод и органический жидкий электролит, SSAB не разлагается в присутствии воды и кислорода.
Кроме того, замена окислительно-восстановительной молекулы DHBQ на ее полимерный аналог PDBM приводит к получению лучшего анода. При постоянной плотности тока 1 мАсм-2 разрядная емкость на грамм SSAB-DHBQ составляет 29,7 мАч, тогда как соответствующее значение SSAB-PDBM составляет 176,1 мАч.
Исследователи также обнаружили, что кулоновская эффективность SSAB-PDBM при температуре 4 C составила 84%, которая постепенно снизилась до 66% при температуре 101 °C. Хотя разрядная емкость SSAB-PDBM упала до 44% после 30 циклов, исследователям удалось значительно увеличить ее до 78% за счет увеличения содержания протонпроводящего полимера в отрицательном электроде. Изображения, полученные электронной микроскопией, подтвердили, что добавление Нафиона улучшает характеристики и долговечность электродов на основе ПДБМ.
Это исследование демонстрирует успешную работу SSAB, содержащего окислительно-восстановительную органическую молекулу в качестве отрицательного электрода, протонпроводящий полимер в качестве твердого электролита и положительный электрод диффузионного типа, восстанавливающий кислород. Исследователи надеются, что батарея сможет заложить основу для будущих технологий.
