Порфирин меди, имеющий природное происхождение, для аккумуляторных батарей будущего

Batterieforschungszentrum-1024x512Группа исследователей из Ульма нашла новый материал для литий-ионных батарей, который значительно уменьшает время зарядки, повышает емкость и, кроме того, остается устойчивым в течение более 1000 циклов. Материал, выполненный из порфирина меди, может заменить обычные катоды из токсичного оксида кобальта.

Ученые из разных стран мира продолжают разработку литий-ионных аккумуляторных батарей, и ежегодно им удается увеличить их мощность почти на 10%.

Исследователям из Института Гельмгольца в Ульме снова удалось значительно улучшить свойства литий-ионной технологии и уменьшить использование в них редкого кобальта. Результаты их исследования были опубликованы в журнале «Angewandte Chemie, International Edition» («Прикладная химия. Международное издание»). Руководитель группы исследователей Максимилиан Фихтнер рассказал в интервью журналу pv magazine о «чудо-материале» с удивительными свойствами.

Используя порфирин меди вместо кобальтосодержащего катода, исследователи получили в лабораторных условиях емкость 130-170 миллиампер-часов на грамм (мА · ч / г) — при среднем напряжении в 3 вольта — и времени зарядки-разрядки в течение только одной минуты. Это приблизительно соответствует плотности энергии обычных литий-ионных батарей. Тем не менее, С-скорость, которая описывает скорость зарядки, составляет от 50 до 60 единиц, что в 200 раз больше, чем у существующих стационарных систем хранения электроэнергии. Однако, если ячейку батареи заряжать медленнее, то ее емкость удваивается, говорит Фихтнер.

Что точно происходит при этом и за счет чего увеличивается емкость, ученым предстоит еще выяснить. «Мы можем воспроизвести этот процесс, но пока еще не можем объяснить.» Основой является порфирин, который благодаря своим дополнительным функциям более устойчивый, чем материал, который до сих пор широко используется в красках и лаках. При первой же зарядке структура материала становится сетчатой и получает устойчивость, что ранее не было известно об органических веществах. «Пока что в лаборатории нам удалось создать всего несколько граммов этого вещества,» говорит Фихтнер. А вот для промышленного партнера нужно создать не менее 100 граммов. Это позволит ему получить представление о свойствах материала и, как надеются ученые, финансировать дальнейшие исследования с последующей его коммерциализацией.

Вначале необходимо разобраться с происходящими процессами, а уже затем решать, как лучше использовать полученный материал. Быстрое время зарядки позволяет использовать его в качестве суперконденсаторов со свойствами реального хранения электроэнергии, или в качестве быстрозарядной батареи для стационарных применений, таких как стабилизация электросети. Пока что единственным видимым недостатком является то, что новые аккумуляторные ячейки по размерам больше, чем существующие.newsimage290303-768x515

Порфирин изначально имеет природное происхождение и встречается в хлорофилле, крови и витамине В12. Он является один из многих веществ, которые в долгосрочной перспективе должны заменить редкие металлы и редкие земли. Фихтнер цитируется в этом контексте результаты аналитического исследования, в соответствии с которым примерно через десять лет производство кобальта будет снижаться. Если это случится, а производство электромобилей будет расти, то кобальт станет дефицитом.

Именно поэтому институт работает над материалами, которые смогут заменить кобальт в будущем. Опыт показывает, что от разработки нового материала до промышленного изготовления аккумуляторных батарей нужно по крайней мере десять лет. В этом же случае ученые намерены уложиться в более короткие сроки, поскольку порфирин остается устойчивым и на воздухе, что делает производство аккумуляторных батарей намного проще.

Источник: https://www.pv-magazine.de/2017/07/12/naturmaterial-fuer-batteriespeicher-von-morgen/

Контакты

ул.Космонавтов 81/6, г.Николаев, Украина
+38 (067) 512 33 83
nfo@sunnik.com.ua
sunnik
sunnik