Химики Массачусетского технологического института за несколько лет работы по заказу компании Lamborghini создали перспективный материал для катодов, который может вытеснить кобальт из литиевых аккумуляторов. Новые аккумуляторы сэкономят до 70 % стоимости производства литиевых аккумуляторов, и будут содержать меньше дефицитных и вредных химических веществ. При этом они будут не хуже обычных батарей и даже лучше.
Источник изображения: MIT
Новое пустое обещание, скажите вы? Сколько было этих батарей — не перечесть. Тем не менее, Lamborghini получила патент на изобретение и намерена изучить вопрос производства перспективных аккумуляторов.
Судя по всему, от электрификации транспорта никто не собирается отказываться. В то же время ресурсы нашей планеты ограничены, и выпускаемые по современным технологиям аккумуляторы рано или поздно начнут испытывать дефицит по поставкам сырья. Кроме того, стратегическое для выпуска литиевых батарей сырьё добывается, преимущественно, в зонах социальной напряжённости в Африке. Прежде всего, это касается добычи кобальта, которая также уничтожает экологию вокруг шахт.
Использование кобальта и никеля в катодах литийсодержащих батарей позволяет поддерживать высокую ёмкость и плотность энергии в аккумуляторах. Многократные попытки заменить их другими материалами особыми успехами не увенчались. По крайней мере, дальше лабораторных проектов дело не пошло. Ещё сложнее оказалось заменить эти металлы органическими соединениями. Высокая способность органических веществ растворяться в электролитах сильно сузила выбор. Наконец, связующие органические вещества полимеры занимали дефицитное место в составе электродов батарей и тем снижали их ёмкость.
По утверждению команды MIT во главе с профессором Мирчем Динкэ (Mircea Dincă), учёным удалось подобрать для катодов литийсодержащих аккумуляторов как органический материал с высокой пропускной способностью по току и ёмкости, так и связывающий органику полимер, которого понадобилось совсем немного.
«Я думаю, что этот материал может оказать большое влияние, потому что он действительно хорошо работает, — сказал Мирча Динкэ. — Разработка уже конкурентоспособна по сравнению с существующими технологиями, и это может значительно снизить затраты, страдания и экологические проблемы, связанные с добычей металлов, которые в настоящее время идут в аккумуляторы».
Новый материал для катодов состоит из множества слоёв бис-тетраамин бензохинона (TAQ). По своей организации это вещество напоминает графит — популярный для изготовления электродов материал. Внутри кольцеобразных молекул этого вещества помещаются хиноны и амины. Хиноны накапливают электроны, а амины создают прочные водородные связи, что препятствует растворению вещества катодов в электролите.
Испытания этого материала показали, что его проводимость и ёмкость в составе аккумулятора сравнимы с проводимостью традиционных кобальтосодержащих аккумуляторов. Кроме того, аккумуляторы с TAQ-катодом могут заряжаться и разряжаться быстрее, чем существующие аккумуляторы, что может ускорить скорость зарядки электромобилей.